机器人传感器的类别及应用原理

等。

　　由于机器人发展历史较长，近年来普遍采用以交流永磁电动机为主的交流伺服系统，对应位置、速度等传感器大量应用的是：各种类型的光电编码器、磁编码器和旋转变压器。

　　外传感器

　　以往一般工业机器人是没有外部感觉能力的，而新一代机器人如多关节机器人，特别是移动机器人、智能机器人则要求具有校正能力和反应环境变化的能力，外传感器就是实现这些能力的。

　　触觉传感器

　　微型开关是接触传感器最常用型式，另有隔离式双态接触传感器（即双稳态开关半导体电路）、单模拟量传感器、矩阵传感器（压电元件的矩阵传感器、人工皮肤——变电导聚合物、光反射触觉传感器等）。

　　应力传感器

　　如多关节机器人进行动作时需要知道实际存在的接触、接触点的位置（定位）、接触的特性即估计受到的力（表征）这三个条件，所以用上节已指出的应变仪，结合具体应力检测的基本假设，如求出工作台面与物体间的作用力，具体有对环境装设传感器、对机器人腕部装设测试仪器用传动装置作为传感器等方法。

　　接近度传感器

　　由于机器人的运动速度提高及对物体装卸可能引起损坏等原因需要知道物体在机器人工作场地内存在位置的先验信息以及适当的轨迹规划，所以有必要应用测量接近度的遥感方法。接近传感器分为无源传感器和有源传感器，所以除自然信号源外，还可能需要人工信号的发送器和接收器。

　　超声波接近度传感器用于检测物体的存在和测量距离。它不能用于测量小于30~50cm的距离，而测距范围较大，它可用在移动机器人上，也可用于大型机器人的夹手上。还可做成超声导航系统。

　　红外线接近度传感器，其体积很小，只有几立方厘米大，因此可以安装在机器人夹手上。

　　声觉传感器

　　用于感受和解释在气体（非接触感受）、液体或固体（接触感受）中的声波。声波传感器复杂程度可以从简单的声波存在检测到复杂的声波频率分析， 直到对连续自然语言中单独语音和词汇的辨别。

　　接触式或非接触式温度传感器

　　近年在机器人中应用较广，除常用的热电阻（热敏电阻）、热电偶等外，热电电视摄像机测及感觉温度图像方面也取得进展。

　　滑觉传感器

　　用于检测物体的滑动。当要求机器人抓住特性未知的物体时，必须确定最适当的握力值，所以要求检测出握力不够时所产生的物体滑动信号。利用这一信号，在不损坏物体的情况下，牢牢抓住物体。

　　目前有利用光学系统的滑觉传感器和利用晶体接收器的滑觉传感器，后者的检测灵敏度与滑动方向无关。

　　距离传感器

　　用于智能移动机器人的距离传感器有：激光测距仪（兼可测角）、声纳传感器等，近几年得到发展。

　　视觉传感器

　　20世纪50年代后期出现，发展十分迅速，是机器人中最重要的传感器之一。机器视觉从20世纪60年代开始首先处理积木世界，后来发展到处理室外的现实世界。20世纪70年代以后，实用性的视觉系统出现了。视觉一般包括三个过程：图像获取、图像处理和图像理解。相对而言，图像理解技术还很落后。

　　传感器的主要指标：

　　动态范围：是指传感器能检测的范围。比如电流传感器能够测量1mA－20A的电流，那么这个传感器的测量范围就是10log（20/0.001）=43dB. 如果传感器的输入超出了传感器的测量范围，那么传感器就不会显示正确的测量值了。比如超声波传感器对近距离的物体无法测量。

　　分辨率：分辨率是指传感器能测量的最小差异。比如电流传感器，它的分辨率可能是5mA，也就是说小于5mA的电流差异，它没法检测出。当然越高分辨率的传感器价格就越贵。

　　线性度：这是一个非常重要的指标来衡量传感器输入和输出的关系。

　　频率：是指传感器的采样速度。比如一个超声波传感器的采样速度为20HZ，也就是说每秒钟能扫描20次。

　　机器人传感器的要求和选择

　　机器人传感器的选择取决于机器人工作需要和应用特点，对机器人感觉系统的要求时选择传感器的基本依据。

　　精度高、重复性好；

　　稳定性和可靠性好

　　抗干扰能力强；

　    重量轻、体积小、安装方便。

　　小结

　　所有机器人传感器均与信号的检测以后的信号变换、处理关系非常密切， 而且变换处理的软件工作量很大，又与人工智能等信息技术融合，所以本文只是抛砖引玉，有待深入探讨。