機(jī)器人傳感系統(tǒng)的3D模型理論

陳 超

美國南加州大學(xué)

機(jī)器人傳感系統(tǒng)的3D模型理論

陳 超

美國南加州大學(xué)

在機(jī)械臂系統(tǒng)中，傳感器對(duì)樣本的測量有著重要的角色以便合適的抓起樣本。本論文設(shè)計(jì)了一個(gè)三維模型可以用來預(yù)測其他相關(guān)樣品的波形性能。

1. 相關(guān)背景

1.1 散射參數(shù)

利用s參數(shù)機(jī)制對(duì)檢測物體的性質(zhì)是有幫助的。一般來說，功率可以從任何臂(如輸入)獲得到任何其他臂(作為輸出)。也就是說，有兩個(gè)入射波和兩個(gè)出射波。散射參數(shù)分為四個(gè)部分，即S11、S12、S21、S22。

圖1 基本的實(shí)驗(yàn)裝置

s參數(shù)可以表示為矩陣形式如下，通常稱為散射矩陣。

B11是B1由于A1(反射部分)而產(chǎn)生反射的一部分。B12是B1的另一部分， 由于A2(傳輸部分)的存在。B1作為整體來顯示，不能被拆分。B2也是一樣。

S11和S22的性能是相似的，表明材料的反射率。同樣，S12和S21說明物質(zhì)的吸收性。

表1 S參數(shù)與材料的類型相關(guān)性

1.2 傳播常數(shù)(γ)

1.2.1 平面波在空氣中傳播

傳播常數(shù)(γ)是評(píng)價(jià)在空氣中的大小和相位損失的參數(shù)。傳播常數(shù)的實(shí)部叫做衰減常數(shù)或衰減系數(shù)(α)，虛常數(shù)稱為“相位常數(shù)”(β)。

1.2.2 在耗損介質(zhì)中的平面波傳播

在介質(zhì)中也存在介質(zhì)的衰減常數(shù)和相位常數(shù)。

ε'和ε''是相對(duì)電容率的實(shí)部和虛部，μ是相對(duì)磁導(dǎo)率，ω是角頻率。

1.3 透射/反射系數(shù)

反射系數(shù)和透射系數(shù)是決定材料反射率和滲透性的兩個(gè)重要參數(shù)。

圖2 電磁波在介質(zhì)邊界上的正入射

其中，Ei、Er、Et分別是入射、反射和透射波的電場強(qiáng)度。

方程如下：r是反射系數(shù)，t是透射系數(shù)：

符號(hào)Z表示在介質(zhì)中的波阻抗，Z1和Z2分別為空氣和樣品中的波阻抗。方程：

1.4 衍射

波形的旅行和遇到樣品的邊緣，信號(hào)會(huì)衍射(反射，彎曲，丟失)。

下面稱之為刀口衍射。h〈〈 d1，d2和λ〈〈 d1、d2。

圖3 刃邊衍射圖

刀口衍射波的電場強(qiáng)度Ed的方程：