機器人傳感系統的3D模型理論

陳 超

美國南加州大學

機器人傳感系統的3D模型理論

陳 超

美國南加州大學

在機械臂系統中，傳感器對樣本的測量有著重要的角色以便合適的抓起樣本。本論文設計了一個三維模型可以用來預測其他相關樣品的波形性能。

1. 相關背景

1.1 散射參數

利用s參數機制對檢測物體的性質是有幫助的。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，有兩個入射波和兩個出射波。散射參數分為四個部分，即S11、S12、S21、S22。

圖1 基本的實驗裝置

s參數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說明物質的吸收性。

表1 S參數與材料的類型相關性

1.2 傳播常數(γ)

1.2.1 平面波在空氣中傳播

傳播常數(γ)是評價在空氣中的大小和相位損失的參數。傳播常數的實部叫做衰減常數或衰減系數(α)，虛常數稱為“相位常數”(β)。

1.2.2 在耗損介質中的平面波傳播

在介質中也存在介質的衰減常數和相位常數。

ε'和ε''是相對電容率的實部和虛部，μ是相對磁導率，ω是角頻率。

1.3 透射/反射系數

反射系數和透射系數是決定材料反射率和滲透性的兩個重要參數。

圖2 電磁波在介質邊界上的正入射

其中，Ei、Er、Et分別是入射、反射和透射波的電場強度。

方程如下：r是反射系數，t是透射系數：

符號Z表示在介質中的波阻抗，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，信號會衍射(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度Ed的方程：