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實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高靈敏度 這些傳感器必不可少
如今的機(jī)器人已具有類似人一樣的肢體及感官功能，有一定程度的智能，動作程序靈活，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，它們猶如人類的感知器官，機(jī)器人的視覺、力覺、觸覺、嗅覺、味覺等對外部環(huán)境的感知能力都是由傳感器提供的，同時(shí)，傳感器還可用來檢測機(jī)器人自身的工作狀態(tài)，以及機(jī)器人智能探測外部工作環(huán)境和對象狀態(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一樣靈敏呢？
根據(jù)檢測對象的不同可將機(jī)器人用傳感器分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。
內(nèi)部傳感器主要用來檢測機(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獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，是機(jī)器人與周圍交互工作的信息通道，用來執(zhí)行視覺、接近覺、觸覺、力覺等傳感器，比如距離測量、聲音、光線等。
具體介紹如下：
1、視覺傳感器
機(jī)器視覺是使機(jī)器人具有感知功能的系統(tǒng)，其通過視覺傳感器獲取圖像進(jìn)行分析，讓機(jī)器人能夠代替人眼辨識物體，測量和判斷，實(shí)現(xiàn)定位等功能。業(yè)界人士指出，目前在中國使用簡便的智能視覺傳感器占了機(jī)器視覺系統(tǒng)市場60%左右的市場份額。視覺傳感器的優(yōu)點(diǎn)是探測范圍廣、獲取信息豐富，實(shí)際應(yīng)用中常使用多個(gè)視覺傳感器或者與其它傳感器配合使用，通過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)算視覺領(lǐng)域已經(jīng)成為整個(gè)高科技行業(yè)熱門的投資和創(chuàng)業(yè)熱點(diǎn)之一。有意思的是，這一領(lǐng)域的許多成果都是由初創(chuàng)公司先推出，再被巨頭收購發(fā)揚(yáng)光大，例如Intel收購RealSense實(shí)感攝像頭、蘋果收購Kinect的技術(shù)供應(yīng)商PrimeSense， Oculus又收購了一家主攻高度手勢識別技術(shù)的以色列技術(shù)公司Pebbles Interfaces。在國內(nèi)計(jì)算視覺方面的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)雖然還沒有大規(guī)模進(jìn)入投資者的主流視野，但當(dāng)中的佼佼者已經(jīng)開始取得了令人矚目的成績。
深度攝像頭早在上世紀(jì) 80 年代就由 IBM 提出相關(guān)概念，這家持有過去、現(xiàn)在和未來幾乎所有硬盤底層數(shù)據(jù)的超級公司，可謂是時(shí)代。2005年創(chuàng)建于以色列的 PrimeSense 公司可謂該技術(shù)民用化的。當(dāng)時(shí)，在消費(fèi)市場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)域的開山之作，并帶動整個(gè)業(yè)界對該技術(shù)的民用開發(fā)。
2、聲覺傳感器
聲音傳感器的作用相當(dāng)于一個(gè)話筒(麥克風(fēng))。它用來接收聲波，顯示聲音的振動圖象。但不能對噪聲的強(qiáng)度進(jìn)行測量。聲覺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)雜程度可以從簡單的聲波存在檢測到復(fù)雜的聲波頻率分析，直到對連續(xù)自然語言中單獨(dú)語音和詞匯的辨別。
據(jù)悉，從20世紀(jì)50年代開始，BELL實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了世界上個(gè)語音識別Audry系統(tǒng)，可以識別10個(gè)英文數(shù)字。 到20世紀(jì)70年代聲音識別技術(shù)得到快速發(fā)展，動態(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 人孤立語音識別系統(tǒng)。近年來，聲音識別技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱?，國?nèi)外很多公司都利用聲音識別技術(shù)開發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)品。比較的企業(yè)有思必馳、科大訊飛以及騰訊、百度等巨頭，共闖語音技術(shù)領(lǐng)域。
3、距離傳感器
用于智能移動機(jī)器人的距離傳感器有激光測距儀(兼可測角)、聲納傳感器等，近年來發(fā)展起來的激光雷達(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RPLIDAR A2激光雷達(dá)可進(jìn)行360度全方面掃描測距，來獲取周圍環(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)高的測量頻率。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)劃與自動避開障礙物。
4、觸覺傳感器
觸覺傳感器主要是用于機(jī)器人中模仿觸覺功能的傳感器。觸覺是人與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的重要感覺功能，研制滿足要求的觸覺傳感器是機(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、接近覺傳感器
接近覺傳感器介于觸覺傳感器和視覺傳感器之間，可以測量距離和方位，而且可以融合視覺和觸覺傳感器的信息。接近覺傳感器可以輔助視覺系統(tǒng)的功能，來判斷對象物體的方位、外形，同時(shí)識別其表面形狀。因此，為準(zhǔn)確抓取部件，對機(jī)器人接近覺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)動范圍，以避免不障礙物収生碰撞。
在接觸對象物前得到必要信息，比如與物體的相對距離，相對傾角，以便為后續(xù)動作做準(zhǔn)備。獲取物體表面各點(diǎn)間的距離，從而得到有關(guān)對象物表面形狀的信息。
6、滑覺傳感器
滑覺傳感器主要是用于檢測機(jī)器人與抓握對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?，需要?shí)時(shí)檢測接觸表面的相對滑動，然后判斷握力，在不損傷物體的情況下逐漸增加力量，滑覺檢測功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔性抓握的必備條件。通過滑覺傳感器可實(shí)現(xiàn)識別功能，對被抓物體進(jìn)行表面粗糙度和硬度的判斷?；X傳感器按被測物體滑動方向可分為三類：無方向性、單方向性和全方向性傳感器。其中無方向性傳感器只能檢測是否產(chǎn)生滑動，無法判別方向；單方向性傳感器只能檢測單一方向的滑移；全方向性傳感器可檢測個(gè)方向的滑動情況。這種傳感器一般制成球形以滿足需要。
7、力覺傳感器
力覺傳感器是用來檢測機(jī)器人自身力與外部環(huán)境力之間相互作用力的傳感器。力覺傳感器經(jīng)常裝于機(jī)器人關(guān)節(jié)處，通過檢測彈性體變形來間接測量所受力。裝于機(jī)器人關(guān)節(jié)處的力覺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)的六維力覺傳感器可實(shí)現(xiàn)全力信息的測量，因其主要安裝于腕關(guān)節(jié)處被稱為腕力覺傳感器。腕力覺傳感器大部分采用應(yīng)變電測原理，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傳感器。其中筒式具有結(jié)構(gòu)簡單、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)簡單、坐標(biāo)建立容易，但加工精度高。
8、速度和加速度傳感器
速度傳感器有測量平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動速度兩種，但大多數(shù)情況下，只限于測量旋轉(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，檢測出旋轉(zhuǎn)頻率和脈沖數(shù)目，以求出旋轉(zhuǎn)角度，及利用圓盤制成有縫隙，通過二個(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。傳感器在加速過程中，通過對質(zhì)量塊所受慣性力的測量，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般的靈敏，視覺傳感器、聲覺傳感器、距離傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器、力覺傳感器、滑覺傳感器、速度和加速度傳感器這8種傳感器對機(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、力覺、觸覺為重要，目前已進(jìn)入實(shí)用階段，但它的感官，如聽覺、嗅覺、味覺、滑覺等對應(yīng)的傳感器還等待一一攻克。
(原標(biāo)題：機(jī)器人要具備多少種傳感器才能如人類般靈敏呢？)
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