机器人传感系统的3D模型理论

陈 超

美国南加州大学

机器人传感系统的3D模型理论

陈 超

美国南加州大学

在机械臂系统中，传感器对样本的测量有着重要的角色以便合适的抓起样本。本论文设计了一个三维模型可以用来预测其他相关样品的波形性能。

1. 相关背景

1.1 散射参数

利用s参数机制对检测物体的性质是有帮助的。一般来说，功率可以从任何臂(如输入)获得到任何其他臂(作为输出)。也就是说，有两个入射波和两个出射波。散射参数分为四个部分，即S11、S12、S21、S22。

图1 基本的实验装置

s参数可以表示为矩阵形式如下，通常称为散射矩阵。

B11是B1由于A1(反射部分)而产生反射的一部分。B12是B1的另一部分， 由于A2(传输部分)的存在。B1作为整体来显示，不能被拆分。B2也是一样。

S11和S22的性能是相似的，表明材料的反射率。同样，S12和S21说明物质的吸收性。

表1 S参数与材料的类型相关性

1.2 传播常数(γ)

1.2.1 平面波在空气中传播

传播常数(γ)是评价在空气中的大小和相位损失的参数。传播常数的实部叫做衰减常数或衰减系数(α)，虚常数称为“相位常数”(β)。

1.2.2 在耗损介质中的平面波传播

在介质中也存在介质的衰减常数和相位常数。

ε'和ε''是相对电容率的实部和虚部，μ是相对磁导率，ω是角频率。

1.3 透射/反射系数

反射系数和透射系数是决定材料反射率和渗透性的两个重要参数。

图2 电磁波在介质边界上的正入射

其中，Ei、Er、Et分别是入射、反射和透射波的电场强度。

方程如下：r是反射系数，t是透射系数：

符号Z表示在介质中的波阻抗，Z1和Z2分别为空气和样品中的波阻抗。方程：

1.4 衍射

波形的旅行和遇到样品的边缘，信号会衍射(反射，弯曲，丢失)。

下面称之为刀口衍射。h〈〈 d1，d2和λ〈〈 d1、d2。

图3 刃边衍射图

刀口衍射波的电场强度Ed的方程：