超聲波測距裝置的工作原理及視覺觸覺傳感器介紹

　　測量第三維坐標通常用激光測距裝置，因為這是量精確的。當然也可以用其它類型的測距裝置。現在來分析由列寧格勒加里寧工學院研究試制的超聲波測距裝置。這種測距儀采用了立體超聲波定位原理。它有兩個完全相同的測距通道。每個通道的測距方法和上述方法相同。該裝置的結構圖如圖1所示。由無線電脈沖發生器8產生按正弦規律變化的超聲波的信號波束。用這個波束在工作區內進行探測。發射器1和接收器2余接收器3在結構上是分開的。發送器仍然是前面所講的靜電盒。它放在兩個相同的接收盒之間。發送器和接收器結構尺寸不同。

　　為提高定位器定向精度和減少干擾影響，兩個接收器都在指數式通道導管的深處。因為要求測量相當遠的距離，所以測距式接收器的通道靈敏度應大大高于手爪傳感器的靈敏度。因此，在每一個盒式接收器的殼體內部裝有前置放大器4和前置放大器5.放大器輸出信號傳送到裝置的核心部分。

　　信號在選擇放大器整形器6和選擇放大器整形器7中繼續放大。放大器調正在探測用的無線電脈沖頻率上。這就大大提高了裝置的抗干擾性。在放大成形裝置中實現信號檢波和信息脈沖成形。在整形調寬變換器9和整形調寬變換器10中形成信息脈沖的寬度。由標準頻率發生器12產生的標準頻率計數脈沖經過開關11后，充滿已被整形的信息脈沖里。根據計數器13中脈沖數目就可確定與物體的距離。所測得的距離在數字式指示器14中顯示出來。

　　比較裝置15比較兩個通道的脈沖寬度。根據兩個通道脈沖寬度之差的正負號給測距儀的電氣傳動裝置加進一種控制信號。電動機16經過減速器17轉動定位系統，直到測距儀軸指向物體，即h1=h2為止。在此位置上，從角度傳感器18上取得可以確定臺面上的物體座標的信息，即方位角和距離。測距范圍0.3~4米，誤差為±5厘米。由于采用了望遠鏡測距工作原理，所以測量物體方向的誤差可達±2°。

　　采用電視攝像機光學聚焦（調節焦點）的方法也能測量到物體的距離。利用這種方法測量2米的距離，精度可達±1.5厘米。在參考文獻[47]中介紹了測量第三緯坐標的方法；根據物體在電視攝像機屏幕上的兩個平面圖像，用不太復雜的模-數電路對電視信號進行處理。這一方法在測距范圍為0.5~1.5米時，測量精度為±1厘米。

　　人們力圖獲得一種視覺信號。這種形式的信號與電視圖像相比，信息初步處理是比較簡單的。這就促使人們去研究獲得視覺信息的新方法。在這方面，日本科學家研究的沿著零件外形照射的方法及區域照射法是令人感興趣的。

　　外部信息（如視像、各種傳感器綜合信息）的敏感裝置得到的復雜信號通常要經過初步處理，以便求得信息形式的大致結構，并找出主要特征，給出便于繼續詳細處理的信息形式。

　　當利用觸覺傳感器排列成矩陣來確定物體外形時，初步處理信息的目的是對該矩陣輸出的大量信息進行變換，確定物體表面的形狀，相對于傳感器矩陣的方位及彎曲度。經過逐步的精確分析能夠確定出物體完整的形狀。

　　當初步分析電視傳感器給出的視覺圖像時，同樣要分辨出圖像的有代表性的基本特征：線、它們的焦點、均勻區域等。而進一步詳細處理視覺信息時應保證判明工作區內個物體間的排列關系及物體的方位。

　　對于給定的機器人機械手，當設計外部信息的整套傳感裝置時，正確地、**限度地利用外界環境預先知道的信息，則能大大簡化設計工作。例如，在視覺反饋系統中，由于在工作臺上的電視攝像機安置的高度是已知的，因此用簡單的方法就可確定第三個坐標。在整個工作區內生產條件常常直接或簡介地含有預先可知道的信息，如工作臺高度、工作區個別不變的區段的大小和位置等等。考慮這些預先知道的信息，可以大大減少工作狀況中的不確定因素，因而簡化了對機器人敏感裝置的要求。

　　利用不同的敏感裝置和不同的方法可以獲得同一信息。例如，可用工業視覺裝置，或定位器，或接觸傳感系統獲得物體外形的信息。若待判明的物體數目不多、形狀簡單，用接觸敏感裝置解決這一問題最簡單。

　　在更復雜的問題中，可采用簡單的接觸傳感器進行掃描的方法。一個傳感器沿著被探測物體上一條線移動，就能獲得關于某一物體一個斷面形狀的信息。許多傳感器排成一行，同時沿垂直于這行的方向移動，就能獲得工作區平面有關信息。但用這種方法時，通常要求實時地確定出工作區內物體的參數，而機械掃描卻要占去很多時間。這是一個矛盾。因此，用電子掃描裝置，特別是用超聲波、激光掃描裝置是很有前途的。