【中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng) 技術(shù)前沿】 如今，機(jī)器人已具有類(lèi)似人一樣的肢體及感官功能，有一定程度的智能，動(dòng)作程序靈活，在工作時(shí)可以不依賴人的操縱。而這一切都少不了傳感器的功勞，傳感器是機(jī)器人感知外界的重要幫手，它們猶如人類(lèi)的感知器官，機(jī)器人的視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等對(duì)外部環(huán)境的感知能力都是由傳感器提供的，同時(shí)，傳感器還可用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人自身的工作狀態(tài)，以及機(jī)器人智能探測(cè)外部工作環(huán)境和對(duì)象狀態(tài)。并能夠按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的一種器件，為了讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)盡可能高的靈敏度，在它的身體構(gòu)造里會(huì)裝上各式各樣的傳感器，那么機(jī)器人究竟要具備多少種傳感器才能盡可能的做到如人類(lèi)一樣靈敏呢？

根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同可將機(jī)器人用傳感器分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。

內(nèi)部傳感器主要用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人各內(nèi)部系統(tǒng)的狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度溫度、電機(jī)速度、電機(jī)載荷、電池電壓等，并將所測(cè)得的信息作為反饋信息送至控制器，形成閉環(huán)控制。

而外部傳感器是用來(lái)獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象及外界環(huán)境等方面的信息，是機(jī)器人與周?chē)换スぷ鞯男畔⑼ǖ?，用?lái)執(zhí)行視覺(jué)、接近覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，比如距離測(cè)量、聲音、光線等。

具體介紹如下：

1、機(jī)器視覺(jué)是使機(jī)器人具有感知功能的系統(tǒng)，其通過(guò)視覺(jué)傳感器獲取圖像進(jìn)行分析，讓機(jī)器人能夠代替人眼辨識(shí)物體，測(cè)量和判斷，實(shí)現(xiàn)定位等功能。業(yè)界人士指出，目前在中國(guó)使用簡(jiǎn)便的智能視覺(jué)傳感器占了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)市場(chǎng)60％左右的市場(chǎng)份額。視覺(jué)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)范圍廣、獲取信息豐富，實(shí)際應(yīng)用中常使用多個(gè)視覺(jué)傳感器或者與其它傳感器配合使用，通過(guò)一定的算法可以得到物體的形狀、距離、速度等諸多信息。

以深度攝像頭為基礎(chǔ)的計(jì)算視覺(jué)領(lǐng)域已經(jīng)成為整個(gè)高科技行業(yè)最熱門(mén)的投資和創(chuàng)業(yè)熱點(diǎn)之一。有意思的是，這一領(lǐng)域的許多尖端成果都是由初創(chuàng)公司先推出，再被巨頭收購(gòu)發(fā)揚(yáng)光大，例如Intel收購(gòu)RealSense實(shí)感攝像頭、蘋(píng)果收購(gòu)Kinect的技術(shù)供應(yīng)商PrimeSense，Oculus又收購(gòu)了一家主攻高精確度手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的以色列技術(shù)公司PebblesInterfaces。在國(guó)內(nèi)計(jì)算視覺(jué)方面的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)雖然還沒(méi)有大規(guī)模進(jìn)入投資者的主流視野，但當(dāng)中的佼佼者已經(jīng)開(kāi)始取得了令人矚目的成績(jī)。

深度攝像頭早在上世紀(jì)80年代就由IBM提出相關(guān)概念，這家持有過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)幾乎所有硬盤(pán)底層數(shù)據(jù)的超級(jí)公司，可謂是時(shí)代領(lǐng)跑者。2005年創(chuàng)建于以色列的PrimeSense公司可謂該技術(shù)民用化的先驅(qū)。當(dāng)時(shí)，在消費(fèi)市場(chǎng)推廣深度攝像頭還處在概念階段，此前深度攝像頭僅使用在工業(yè)領(lǐng)域，為機(jī)械臂、工業(yè)機(jī)器人等提供圖形視覺(jué)服務(wù)。由它提供技術(shù)方案的微軟Kinect成為深度攝像頭在消費(fèi)領(lǐng)域的開(kāi)山之作，并帶動(dòng)整個(gè)業(yè)界對(duì)該技術(shù)的民用開(kāi)發(fā)。

2、聲覺(jué)傳感器

聲音傳感器的作用相當(dāng)于一個(gè)話筒（麥克風(fēng)）。它用來(lái)接收聲波，顯示聲音的振動(dòng)圖象。但不能對(duì)噪聲的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。聲覺(jué)傳感器主要用于感受和解釋在氣體（非接觸感受）、液體或固體（接觸感受）中的聲波。聲波傳感器復(fù)雜程度可以從簡(jiǎn)單的聲波存在檢測(cè)到復(fù)雜的聲波頻率分析，直到對(duì)連續(xù)自然語(yǔ)言中單獨(dú)語(yǔ)音和詞匯的辨別。

據(jù)悉，從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，BELL實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別Audry系統(tǒng)，可以識(shí)別10個(gè)英文數(shù)字。到20世紀(jì)70年代聲音識(shí)別技術(shù)得到快速發(fā)展，動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整（ＤＴＷ）算法、矢量量化（ＶＱ）以及隱馬爾科夫模型（ＨＭＭ）理論等相繼被提出，實(shí)現(xiàn)了基于ＤＴＷ技術(shù)的特定人孤立語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。近年來(lái)，聲音識(shí)別技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱?，?guó)內(nèi)外很多公司都利用聲音識(shí)別技術(shù)開(kāi)發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)品。比較知名的企業(yè)有思必馳、科大訊飛以及騰訊、百度等巨頭，共闖語(yǔ)音技術(shù)領(lǐng)域。

3、距離傳感器

用于智能移動(dòng)機(jī)器人的距離傳感器有激光測(cè)距儀（兼可測(cè)角）、聲納傳感器等，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的激光雷達(dá)傳感器是目前比較主流的一種，可用于機(jī)器人導(dǎo)航和回避障礙物，比如SLAMTEC－思嵐科技研發(fā)的RPLIDARA2激光雷達(dá)可進(jìn)行360度全方面掃描測(cè)距，來(lái)獲取周?chē)h(huán)境的輪廓圖，采樣頻率高達(dá)每秒4000次，成為目前業(yè)內(nèi)低成本激光雷達(dá)最高的測(cè)量頻率。配合SLAMTEC－思嵐科技的SLAMWARE自主定位導(dǎo)航方案可幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主構(gòu)建地圖、實(shí)時(shí)路勁規(guī)劃與自動(dòng)避開(kāi)障礙物。

4、觸覺(jué)

觸覺(jué)傳感器主要是用于機(jī)器人中模仿觸覺(jué)功能的傳感器。觸覺(jué)是人與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的重要感覺(jué)功能，研制滿足要求的觸覺(jué)傳感器是機(jī)器人發(fā)展中的技術(shù)關(guān)鍵之一。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和各種有機(jī)材料的出現(xiàn)，已經(jīng)提出了多種多樣的觸覺(jué)傳感器的研制方案，但目前大都屬于實(shí)驗(yàn)室階段，達(dá)到產(chǎn)品化的不多。

5、接近覺(jué)傳感器

接近覺(jué)傳感器介于觸覺(jué)傳感器和之間，可以測(cè)量距離和方位，而且可以融合視覺(jué)和觸覺(jué)傳感器的信息。接近覺(jué)傳感器可以輔助視覺(jué)系統(tǒng)的功能，來(lái)判斷對(duì)象物體的方位、外形，同時(shí)識(shí)別其表面形狀。因此，為準(zhǔn)確抓取部件，對(duì)機(jī)器人接近覺(jué)傳感器的精度要求是非常高的。這種傳感器主要有以下幾點(diǎn)作用：

發(fā)現(xiàn)前方障礙物，限制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍，以避免不障礙物収生碰撞。

在接觸對(duì)象物前得到必要信息，比如與物體的相對(duì)距離，相對(duì)傾角，以便為后續(xù)動(dòng)作做準(zhǔn)備。獲取物體表面各點(diǎn)間的距離，從而得到有關(guān)對(duì)象物表面形狀的信息。

6、滑覺(jué)傳感器

滑覺(jué)傳感器主要是用于檢測(cè)機(jī)器人與抓握對(duì)象間滑移程度的傳感器。為了在抓握物體時(shí)確定一個(gè)適當(dāng)?shù)奈樟χ担枰獙?shí)時(shí)檢測(cè)接觸表面的相對(duì)滑動(dòng)，然后判斷握力，在不損傷物體的情況下逐漸增加力量，滑覺(jué)檢測(cè)功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔性抓握的必備條件。通過(guò)滑覺(jué)傳感器可實(shí)現(xiàn)識(shí)別功能，對(duì)被抓物體進(jìn)行表面粗糙度和硬度的判斷?；X(jué)傳感器按被測(cè)物體滑動(dòng)方向可分為三類(lèi)：無(wú)方向性、單方向性和全方向性傳感器。其中無(wú)方向性傳感器只能檢測(cè)是否產(chǎn)生滑動(dòng)，無(wú)法判別方向；單方向性傳感器只能檢測(cè)單一方向的滑移；全方向性傳感器可檢測(cè)個(gè)方向的滑動(dòng)情況。這種傳感器一般制成球形以滿足需要。

7、力覺(jué)傳感器

力覺(jué)傳感器是用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人自身力與外部環(huán)境力之間相互作用力的傳感器。力覺(jué)傳感器經(jīng)常裝于機(jī)器人關(guān)節(jié)處，通過(guò)檢測(cè)彈性體變形來(lái)間接測(cè)量所受力。裝于機(jī)器人關(guān)節(jié)處的力覺(jué)傳感器常以固定的三坐標(biāo)形式出現(xiàn)，有利于滿足控制系統(tǒng)的要求。目前出現(xiàn)的六維力覺(jué)傳感器可實(shí)現(xiàn)全力信息的測(cè)量，因其主要安裝于腕關(guān)節(jié)處被稱(chēng)為腕力覺(jué)傳感器。腕力覺(jué)傳感器大部分采用應(yīng)變電測(cè)原理，按其彈性體結(jié)構(gòu)形式可分為兩種，筒式和十字形腕力覺(jué)傳感器。其中筒式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、彈性梁利用率高、靈敏度高的特點(diǎn)；而十字形的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、坐標(biāo)建立容易，但加工精度高。

8、速度和加

速度傳感器有測(cè)量平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度兩種，但大多數(shù)情況下，只限于測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度。利用位移的導(dǎo)數(shù)，特別是光電方法讓光照射旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)頻率和脈沖數(shù)目，以求出旋轉(zhuǎn)角度，及利用圓盤(pán)制成有縫隙，通過(guò)二個(gè)光電二極管辨別出角速度，即轉(zhuǎn)速，這就是光電脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器。

加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見(jiàn)的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。

機(jī)器人要想做到如人類(lèi)般的靈敏，視覺(jué)傳感器、聲覺(jué)傳感器、距離傳感器、觸覺(jué)傳感器、接近覺(jué)傳感器、力覺(jué)傳感器、滑覺(jué)傳感器、速度和加速度傳感器這8種傳感器對(duì)機(jī)器人極為重要，尤其是機(jī)器人的5大感官傳感器是必不可少的，從擬人功能出發(fā)，視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)最為重要，目前已進(jìn)入實(shí)用階段，但它的感官，如聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、滑覺(jué)等對(duì)應(yīng)的傳感器還等待一一攻克。