關于傳感器在機器人中的應用分析

焦寶玉，韓艷茹，岳若鋒

（陜西省電子信息學校 陜西 西安 710024）

1 引言

在傳感器技術快速發(fā)展的今天，傳感器的精密化、細微化與智能化，改變著一代代機器人的智能化程度，同時也促進了各行業(yè)領域中產品的智能化和現代化。各種傳感器在機器人中的應用，讓機器人變的更加智能、靈活，也讓機器人具備了類似人類的知覺功能和反應能力，比如觸覺、味覺、聽覺、嗅覺等感官系統(tǒng)。

2 機器人傳感器的定義

機器人傳感器，是一種機器人能對外界進行感知判斷的裝置,可以把位置、溫度、距離等非電量轉換成電量變化輸出的一種電子器件，機器人通過傳感器的測量感知，實現了類似于我們人類的感官作用，例如：視覺、力覺、聽覺、味覺等。傳感器說簡單點，就是把非電量轉換成電量控制的一種智能設備。傳感器和計算機控制系統(tǒng)相互協(xié)作，通過的程序來控制機器人的行動[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器人的靈活和智能化程度，智能傳感器對外界信息的檢測能力、自身故障的自診斷能力、采集信息后的數據處理能力和自適應能力，都體現了傳感器的先進程度。

對于機器人而言，不管是同外部環(huán)境進行信息交換，還是感知自身的運動情況，都必須通過傳感器來獲取相應的信息。通過傳感器提供的信息，機器人不僅可以對自身的狀態(tài)、速度調節(jié)、加速度等參數進行控制，而且可以進行相應任務和路徑規(guī)劃，用來完成已經設置好的的工作任務與工作目標。

3 機器人傳感器分類

機器人傳感器的分類方法很多，主要可根據檢測對象的不同，分為內部傳感器與外部傳感器。

3.1 內部傳感器

指用來感知和檢測機器人本身運動狀態(tài)的傳感器。這類傳感器主要感知與機器人自身參數相關的內部信息，如速度，位移，加速度以及位置等，還可以監(jiān)測機器人位置和角度等。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

指用以檢測機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別的傳感器，例如：力覺傳感器，聽覺傳感器，距離傳感器，接近覺傳感器等。常用以測量機器人自身以外的物理信息，比如：障礙物的位置遠近、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傳感器，觸力覺傳感器、接近距離覺傳感器、嗅味覺傳感器、和生物仿生傳感器等。

4 機器人中的傳感器

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

4.1 機器人的視覺傳感器

人類通過視覺看見物體，感知世界，判斷距離等，雖然機器人視覺傳感器還在發(fā)展階段，但近年來已經有了突飛猛進的提高，視覺傳感器由二維的逐漸變成三維成像，通過計算機進行圖像的處理，就可獲取機器人所需畫面。視覺傳感器工作原理是：視覺傳感器通過攝像機取得環(huán)境圖像信息，再對獲取的圖像進行數字化信息等加工處理，就可利用計算機控制系統(tǒng)，判斷機器人所處的環(huán)境信息。通過視覺傳感器，可以判斷環(huán)境中物體各種狀態(tài)，如輪廓、形狀、顏色等，另外還可以實現運動狀態(tài)的檢測和深度測量以及相對定位和所處環(huán)境等。

4.2 機器人觸覺傳感器

人類的觸覺是通過皮膚和神經進行感知的，機器人的觸覺也是通過與檢測物體的接觸而產生的，其材料要求它有彈性，且柔軟易變形，變形后可恢復，并且有一定的機械強度，有一定的摩擦力，方便于抓取。觸覺能檢測目標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。機器人觸覺傳感器是人類的觸覺的某些模仿。如冷熱體驗、觸壓體驗等感覺。常見的有觸覺、力覺、壓覺、滑覺等傳感器。主要用于感知物體抓取的碰撞情況[2]。觸覺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傳感器.常用的材料有導電橡膠、壓電材料、感應高分子材料等。

4.3 機器人聽覺傳感器

機器人聽覺傳感器可以分辨環(huán)境中的聲音，有超聲波、次聲波等信息。傳感器的發(fā)展使得機器人的聽覺類似于人類的聽力系統(tǒng)。機器人對聲音信號的識別與處理，可用于防治噪音污染和次聲污染也可用于自然災害監(jiān)測等多個領域。常見的聽覺傳感器有無噪音電聲傳感器和動圈式傳聲器等。

4.4 機器人味覺傳感器

機器人味覺傳感器類似于人的舌頭，可以感知酸甜苦辣等味道，還可以檢測這些基本味道的濃淡程度，通過數據分析可將味道數值化，從而再進行對比評價。味覺傳感器的應用使機器人有了檢測并識別味道的功能，常用于制造美食家機器人，用于評判美味的好壞。

4.5 機器人嗅覺傳感器

人類的嗅覺相對于其他生物是比較弱的，機器人嗅覺傳感器是一種仿照生物嗅覺的新型仿生傳感技術。利用各種嗅覺傳感器，可檢測特定氣體的濃度，通過計算機數據分析，判斷出此氣體的危險系數。

4.6 機器人距離傳感器

距離的判斷對于機器人來說相當重要。距離傳感器通過發(fā)出能量波到對象物體表面，并接收反射來能量波，計算兩者之間的時間差，即可算出機器人到該物體的距離。機器人距離傳感器可獲取外部環(huán)境的各種信息，用以機器人避開障礙物和定位等。

5 結語

總之，在這個無傳感不智能的時代，未來的傳感器在機器人中的應用將會越來越廣泛，機器人的智能化程度也會越來越高，我們期待傳感器和機器人的發(fā)展帶給我們日新月異的未來，機器人的智能化也讓我們人類的生活變得更加便捷方便安全。