可以提出很多家用機器人的應(yīng)用，但市場就緒的產(chǎn)品遲遲沒有出現(xiàn)。造成這種情況的原因可能是沒有充分定義客戶要求，或者沒有達到可負(fù)擔(dān)性和功能之間可接受的平衡。隨著處理能力的價格持續(xù)下降，這種情況開始發(fā)生變化。此外，作為小型、低成本的計算機板，例如 CircuitCo Beagle Board或者 Arduino 板已經(jīng)被廣泛使用，世界各地的機器人制造商社區(qū)能夠吸引更多有智慧的人，從而創(chuàng)造條件來生產(chǎn)合適的平臺，在消費市場上具有商業(yè)意義。

　　事實上，第一批家用自主機器人已經(jīng)問世：價格不菲?，F(xiàn)在可以將諸如吸塵地板和割草之類的雜務(wù)交給能夠在整個房間或草坪上導(dǎo)航以清潔或割草整個區(qū)域的機器。現(xiàn)在可以以 200 美元左右的價格購買小型機器人吸塵器，而機器人割草機是市場上較新的產(chǎn)品，價格約為 1200 美元或更低。

　　愛好機器人展示了前進的道路

　　用于愛好建設(shè)者的機器人套件是市售的，例如 Parallax AcTIvityBot，并且使機器人能夠完成諸如吸塵或割草之類的家務(wù)所需的引導(dǎo)技術(shù)得到了很好的開發(fā)和理解。這些在機器人設(shè)計競賽中得到了磨練，例如自 1991 年開始舉辦的年度名古屋國際微型機器人迷宮競賽 (MAZE)。

　　AcTIvityBot 是一個基本的教育機器人，搭載各種技術(shù)，包括電力電子、處理和傳感。

　　沿著線迷宮的算法可以基于兩個簡單規(guī)則之一。對于基本迷宮，假設(shè)沒有循環(huán)，無論是右手規(guī)則還是左手規(guī)則，都將保證成功。右手法則總是優(yōu)先考慮右轉(zhuǎn)而不是直行或左轉(zhuǎn)。如果沒有右轉(zhuǎn)選項，右手法則將始終直行而不是左轉(zhuǎn)。相反，左手規(guī)則更喜歡左轉(zhuǎn)或直行而不是右轉(zhuǎn)。

　　機器人可以使用紅外傳感器陣列檢測要遵循的線路，這些傳感器將紅外(或可見光)照射到地板上并監(jiān)控反射。紅外反射光學(xué)傳感器，例如Vishay TCND5000可能用過了。將傳感器串聯(lián)布置在機器人的底盤上，可以通過使用簡單的邏輯來準(zhǔn)確檢測左、右或死點位置，例如假設(shè)從白色地板反射的光產(chǎn)生高傳感器輸出，而從暗線導(dǎo)致低輸出。當(dāng)輸出發(fā)生變化時，可以檢測到線迷宮中的 T 形接頭，以便所有傳感器同時指示看到黑色。類似地，如果左側(cè)傳感器指示黑色而右側(cè)指示白色，則可以檢測到左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，反之亦然。所有檢測到白色的傳感器都表示死路。假設(shè)底盤有獨立驅(qū)動的輪子，左側(cè)和右側(cè)電機的相對速度可以根據(jù)檢測到的模式進行調(diào)整，

　　盡管迷宮競賽有助于加速機器人運動控制的發(fā)展，但簡單的路線跟蹤并不適合真空吸塵器或割草機等商業(yè)設(shè)備。需要不同的位置感應(yīng)策略。

　　從挑戰(zhàn)到家務(wù)

　　一個完善的機器人真空吸塵器系列使用光學(xué)中斷來檢測事件，例如到達墻壁或臺階頂部，或檢測設(shè)備何時被拾起，因此應(yīng)該關(guān)閉。光學(xué)傳感器安裝在機器前緣的傳感器條中。這些傳感器可以包含分立的發(fā)射器和檢測器，也可以是集成類型，例如Omron EE-SX-3070微型光電傳感器，包括發(fā)射器和光電探測器元件，內(nèi)置放大器和溫度補償。傳感器條有一個模制保險杠，該保險杠包含一個光束阻擋器，當(dāng)保險杠與墻壁接觸時偏轉(zhuǎn)時，該光束阻擋器在發(fā)射器和檢測器之間移動以中斷光束。就 EE-SX-3070 而言，當(dāng)光電探測器變暗時，其輸出為 ON。作為替代部件，EE-SX-4070 在檢測器點亮?xí)r提供 ON 輸出。機器人控制器可以使用產(chǎn)生的信號作為已經(jīng)到達房間邊緣的指示，并且可以指示從動輪改變方向。

　　類似的光學(xué)傳感器或微型開關(guān)可用于檢測機器何時被拾起，當(dāng)機器從地板上抬起時車輪在其外殼中下降時激活。

　　對于樓梯檢測，通過測量光學(xué)反射來感應(yīng)地板的接近度。Vishay TCND5000 反射式光學(xué)傳感器等傳感器是合適的。TCND5000 是一款 6 mm x 4.3 mm 的表面貼裝器件，在不包括可見光的封裝中，在光電探測器旁邊安裝了一個紅外發(fā)射器。它可以檢測2毫米至25毫米范圍內(nèi)的接近度。

　　在機器人真空應(yīng)用中，這種類型的傳感器以朝下的方向安裝在機器邊緣的傳感器條中，當(dāng)反射信號突然變?nèi)趸虿辉贆z測到時，發(fā)出已到達樓梯的信號。

　　使用紅外線或超聲波距離測量可以實現(xiàn)更復(fù)雜的非接觸式墻壁感應(yīng)?；诩t外線的測距傳感器，例如Sharp GP2Y0A51SK0F產(chǎn)生與反射到內(nèi)置探測器上的紅外信號強度成比例的模擬電壓。該傳感器能夠測量 2 厘米至 15 厘米的距離，通過使用三角測量方法計算距離，最大限度地減少檢測表面的反射率對測量精度的影響。紅外發(fā)射器、檢測器和信號處理電路都集成在 27.0 mm × 10.8 mm × 12.0 mm 封裝內(nèi)(圖 )。該傳感器提供快速啟動，在 5.0 ms 內(nèi)產(chǎn)生第一個穩(wěn)定的輸出測量。對應(yīng)于 15 cm 的電壓和對應(yīng)于 2 cm 的電壓之間的典型輸出差異為 1.65 V。

　　圖 ：Sharp GP2Y0A51SK0F 集成了生成與測量距離成比例的模擬輸出電壓所需的電路。

　　在適用于機器人引導(dǎo)的其他非接觸式傳感技術(shù)中，已經(jīng)提出了使用超聲波傳感的距離測量。接近感應(yīng)模塊，例如Parallax PING)))? 28015超聲波距離傳感器發(fā)出超聲波“啁啾”并產(chǎn)生一個輸出脈沖，當(dāng)接收到回波時終止。該脈沖的持續(xù)時間表示到最近反射面的距離(圖 )。在外殼的前部、后部和側(cè)面放置多個超聲波傳感模塊，使機器人能夠檢測其相對于障礙物的位置，而不會損壞設(shè)備或家居裝飾品或家具。

　　圖 ：使用超聲波傳感模塊進行距離測量。

　　正如迷宮機器人“學(xué)習(xí)”它所跟隨的迷宮一樣，機器人真空吸塵器能夠繪制出它們需要清潔的地面空間。通過映射，機器人能夠返回其擴展塢，例如，當(dāng)集塵器上的傳感器發(fā)出信號表明它必須清空時，或者當(dāng)電池充電狀態(tài)傳感器表明需要充電時。當(dāng)準(zhǔn)備好恢復(fù)運行時，機器人可以返回其最后的工作位置以繼續(xù)。

　　讓我們到外面去

　　機器人割草機必須應(yīng)對一組不同的操作條件。通常沒有方便的墻壁或其他反射面來指示工作區(qū)域的界限。取而代之的是，一根電線被埋在或釘在草坪的周圍。驅(qū)動電路在邊界線上傳輸信號，該信號可以是射頻或音頻信號，安裝在割草機上的無線電接收器、麥克風(fēng)或感應(yīng)傳感器等傳感器可以檢測設(shè)備何時到達邊界。割草機通常會在鐵絲網(wǎng)區(qū)域內(nèi)隨機移動，以切割比預(yù)先選擇的切割長度更長的任何草。安全切斷在此類應(yīng)用中至關(guān)重要，包括用于避免碰撞的接近傳感器和用于檢測裝置何時被拾起或可能意外倒置的傳感器。

　　市場起飛?

　　隨著經(jīng)濟實惠的機器人開始出現(xiàn)在消費者應(yīng)用中，下一個發(fā)展前沿可能是機載機器人。Parallax Inc. 除了提供半導(dǎo)體和組件系列外，還提供教育套件，在市場上有許多飛行機器人套件，并正在推廣無人機系統(tǒng) (UAS) 教育計劃。這旨在培養(yǎng)多個學(xué)科的專業(yè)知識，例如軟件設(shè)計、電機控制、包括 GPS 在內(nèi)的電子設(shè)計以及加速度計和陀螺儀的使用，以及更廣泛的問題，例如負(fù)責(zé)任的飛行。潛在的應(yīng)用可能包括緊急服務(wù)的救援援助，或玩具、新型花園照明或航空攝影等消費者應(yīng)用。

　　會走路、會說話的機器人個人助理在一段時間內(nèi)可能仍然是科幻幻想或昂貴研究項目的主題。然而，在成熟、可靠且價格合理的高性能處理器和傳感器等技術(shù)的支持下，家用機器人的時代已經(jīng)開始。