關(guān)于傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用分析

焦寶玉，韓艷茹，岳若鋒

（陜西省電子信息學(xué)校 陜西 西安 710024）

1 引言

在傳感器技術(shù)快速發(fā)展的今天，傳感器的精密化、細(xì)微化與智能化，改變著一代代機(jī)器人的智能化程度，同時(shí)也促進(jìn)了各行業(yè)領(lǐng)域中產(chǎn)品的智能化和現(xiàn)代化。各種傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用，讓機(jī)器人變的更加智能、靈活，也讓機(jī)器人具備了類似人類的知覺(jué)功能和反應(yīng)能力，比如觸覺(jué)、味覺(jué)、聽覺(jué)、嗅覺(jué)等感官系統(tǒng)。

2 機(jī)器人傳感器的定義

機(jī)器人傳感器，是一種機(jī)器人能對(duì)外界進(jìn)行感知判斷的裝置,可以把位置、溫度、距離等非電量轉(zhuǎn)換成電量變化輸出的一種電子器件，機(jī)器人通過(guò)傳感器的測(cè)量感知，實(shí)現(xiàn)了類似于我們?nèi)祟惖母泄僮饔茫纾阂曈X(jué)、力覺(jué)、聽覺(jué)、味覺(jué)等。傳感器說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是把非電量轉(zhuǎn)換成電量控制的一種智能設(shè)備。傳感器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相互協(xié)作，通過(guò)的程序來(lái)控制機(jī)器人的行動(dòng)[1]。傳感器的智能化程度的高低，靈敏程度的高低，都直接影響到智能機(jī)器人的靈活和智能化程度，智能傳感器對(duì)外界信息的檢測(cè)能力、自身故障的自診斷能力、采集信息后的數(shù)據(jù)處理能力和自適應(yīng)能力，都體現(xiàn)了傳感器的先進(jìn)程度。

對(duì)于機(jī)器人而言，不管是同外部環(huán)境進(jìn)行信息交換，還是感知自身的運(yùn)動(dòng)情況，都必須通過(guò)傳感器來(lái)獲取相應(yīng)的信息。通過(guò)傳感器提供的信息，機(jī)器人不僅可以對(duì)自身的狀態(tài)、速度調(diào)節(jié)、加速度等參數(shù)進(jìn)行控制，而且可以進(jìn)行相應(yīng)任務(wù)和路徑規(guī)劃，用來(lái)完成已經(jīng)設(shè)置好的的工作任務(wù)與工作目標(biāo)。

3 機(jī)器人傳感器分類

機(jī)器人傳感器的分類方法很多，主要可根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同，分為內(nèi)部傳感器與外部傳感器。

3.1 內(nèi)部傳感器

指用來(lái)感知和檢測(cè)機(jī)器人本身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傳感器。這類傳感器主要感知與機(jī)器人自身參數(shù)相關(guān)的內(nèi)部信息，如速度，位移，加速度以及位置等，還可以監(jiān)測(cè)機(jī)器人位置和角度等。常見的速度傳感器，加速度傳感器，還有位置傳感器等。

3.2 外部傳感器

指用以檢測(cè)機(jī)器人感知自身所處環(huán)境（如離某物體的距離、位置等）狀況的傳感器。這類傳感器主要是具體有物體識(shí)別的傳感器，例如：力覺(jué)傳感器，聽覺(jué)傳感器，距離傳感器，接近覺(jué)傳感器等。常用以測(cè)量機(jī)器人自身以外的物理信息，比如：障礙物的位置遠(yuǎn)近、障礙物的形狀顏色、距離、和接觸受力情況等。常見常傳感器主要有視聽覺(jué)傳感器，觸力覺(jué)傳感器、接近距離覺(jué)傳感器、嗅味覺(jué)傳感器、和生物仿生傳感器等。

4 機(jī)器人中的傳感器

機(jī)器人中的傳感器應(yīng)用非常多，機(jī)器人智能化程度越高，傳感器也越多，但歸納起來(lái)主要有類似于人類五官如視覺(jué)、觸覺(jué)、聽覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)等傳感器,下面就這些類似于人類感官的常見傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

4.1 機(jī)器人的視覺(jué)傳感器

人類通過(guò)視覺(jué)看見物體，感知世界，判斷距離等，雖然機(jī)器人視覺(jué)傳感器還在發(fā)展階段，但近年來(lái)已經(jīng)有了突飛猛進(jìn)的提高，視覺(jué)傳感器由二維的逐漸變成三維成像，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像的處理，就可獲取機(jī)器人所需畫面。視覺(jué)傳感器工作原理是：視覺(jué)傳感器通過(guò)攝像機(jī)取得環(huán)境圖像信息，再對(duì)獲取的圖像進(jìn)行數(shù)字化信息等加工處理，就可利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，判斷機(jī)器人所處的環(huán)境信息。通過(guò)視覺(jué)傳感器，可以判斷環(huán)境中物體各種狀態(tài)，如輪廓、形狀、顏色等，另外還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)和深度測(cè)量以及相對(duì)定位和所處環(huán)境等。

4.2 機(jī)器人觸覺(jué)傳感器

人類的觸覺(jué)是通過(guò)皮膚和神經(jīng)進(jìn)行感知的，機(jī)器人的觸覺(jué)也是通過(guò)與檢測(cè)物體的接觸而產(chǎn)生的，其材料要求它有彈性，且柔軟易變形，變形后可恢復(fù)，并且有一定的機(jī)械強(qiáng)度，有一定的摩擦力，方便于抓取。觸覺(jué)能檢測(cè)目標(biāo)物體的表面性能以及物理特性，如柔軟度、彈性、粗糙程度和溫度等。機(jī)器人觸覺(jué)傳感器是人類的觸覺(jué)的某些模仿。如冷熱體驗(yàn)、觸壓體驗(yàn)等感覺(jué)。常見的有觸覺(jué)、力覺(jué)、壓覺(jué)、滑覺(jué)等傳感器。主要用于感知物體抓取的碰撞情況[2]。觸覺(jué)傳感器的材料一般選擇更為合適的敏感材料，用于研究人工皮膚觸覺(jué)傳感器.常用的材料有導(dǎo)電橡膠、壓電材料、感應(yīng)高分子材料等。

4.3 機(jī)器人聽覺(jué)傳感器

機(jī)器人聽覺(jué)傳感器可以分辨環(huán)境中的聲音，有超聲波、次聲波等信息。傳感器的發(fā)展使得機(jī)器人的聽覺(jué)類似于人類的聽力系統(tǒng)。機(jī)器人對(duì)聲音信號(hào)的識(shí)別與處理，可用于防治噪音污染和次聲污染也可用于自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。常見的聽覺(jué)傳感器有無(wú)噪音電聲傳感器和動(dòng)圈式傳聲器等。

4.4 機(jī)器人味覺(jué)傳感器

機(jī)器人味覺(jué)傳感器類似于人的舌頭，可以感知酸甜苦辣等味道，還可以檢測(cè)這些基本味道的濃淡程度，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可將味道數(shù)值化，從而再進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。味覺(jué)傳感器的應(yīng)用使機(jī)器人有了檢測(cè)并識(shí)別味道的功能，常用于制造美食家機(jī)器人，用于評(píng)判美味的好壞。

4.5 機(jī)器人嗅覺(jué)傳感器

人類的嗅覺(jué)相對(duì)于其他生物是比較弱的，機(jī)器人嗅覺(jué)傳感器是一種仿照生物嗅覺(jué)的新型仿生傳感技術(shù)。利用各種嗅覺(jué)傳感器，可檢測(cè)特定氣體的濃度，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析，判斷出此氣體的危險(xiǎn)系數(shù)。

4.6 機(jī)器人距離傳感器

距離的判斷對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)相當(dāng)重要。距離傳感器通過(guò)發(fā)出能量波到對(duì)象物體表面，并接收反射來(lái)能量波，計(jì)算兩者之間的時(shí)間差，即可算出機(jī)器人到該物體的距離。機(jī)器人距離傳感器可獲取外部環(huán)境的各種信息，用以機(jī)器人避開障礙物和定位等。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在這個(gè)無(wú)傳感不智能的時(shí)代，未來(lái)的傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，機(jī)器人的智能化程度也會(huì)越來(lái)越高，我們期待傳感器和機(jī)器人的發(fā)展帶給我們?nèi)招略庐惖奈磥?lái)，機(jī)器人的智能化也讓我們?nèi)祟惖纳钭兊酶颖憬莘奖惆踩?/p>