對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，要像人類一樣有效地與世界互動(dòng)并完成任務(wù)，它們需要的不僅僅是編程和處理能力。
就像我們自己的五種感官一樣，機(jī)器人依靠各種機(jī)器人傳感器來(lái)感知環(huán)境、收集數(shù)據(jù)并做出明智的決策。這些機(jī)器人傳感器在機(jī)器人導(dǎo)航、物體操縱甚至通信中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
但機(jī)器人有哪些傳感器以及機(jī)器人如何使用這些傳感器呢？機(jī)器人上的傳感器如何工作？
在本文中，我們將回答這些問(wèn)題，同時(shí)深入研究不同類型的機(jī)器人傳感器，探索它們?cè)诓煌袠I(yè)的應(yīng)用，并強(qiáng)調(diào)它們?cè)谖覀兣c自動(dòng)化不斷發(fā)展的關(guān)系中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。
從本質(zhì)上講，所有機(jī)器人傳感器都按照轉(zhuǎn)換的基本原理運(yùn)行， 即將一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量。
測(cè)量特定類型的能量，相應(yīng)的輸出信號(hào)根據(jù)機(jī)器人傳感器的不同而變化。例如，溫度傳感器可能利用材料因熱而產(chǎn)生的電阻變化（電到電），而相機(jī)則將光能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（光到電）。
無(wú)論具體細(xì)節(jié)如何，核心概念都是相同的：傳感器檢測(cè)物理現(xiàn)象，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸該信息以進(jìn)行進(jìn)一步處理和解釋。
經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)成為感官輸入，使機(jī)器人和其他自動(dòng)化系統(tǒng)能夠感知 周圍的世界并與之互動(dòng)。
讓我們?cè)敿?xì)探討機(jī)器人擁有哪些傳感器以及它們?nèi)绾问褂眠@些傳感器。
? 光敏電阻：這些是光敏電阻，其電阻根據(jù)接收到的光強(qiáng)度而變化。隨著光強(qiáng)度的增加，電阻減小，反之亦然。光敏機(jī)器人的控制系統(tǒng)可以測(cè)量電阻的變化，以確定環(huán)境中的光照水平。
? 光電二極管：這些半導(dǎo)體器件將光轉(zhuǎn)換成電流。產(chǎn)生的電流量與落在光電二極管上的光強(qiáng)度成正比。這使得光傳感機(jī)器人不僅可以檢測(cè)光的存在，還可以測(cè)量其強(qiáng)度。
? 光電晶體管：與光電二極管類似，這些光敏晶體管利用光來(lái)控制流經(jīng)器件的電流。通過(guò)測(cè)量電流的變化，機(jī)器人可以檢測(cè)光的存在或不存在。
光傳感器的多功能性使其對(duì)于各種機(jī)器人任務(wù)都很有價(jià)值，包括：
? 避障：配備光傳感器的機(jī)器人可以檢測(cè)障礙物引起的光強(qiáng)度變化，使其能夠安全導(dǎo)航并避免碰撞。
? 線路跟蹤：通過(guò)跟蹤具有對(duì)比光反射率的線路，機(jī)器人可以沿著工廠或其他受控環(huán)境中的特定路徑導(dǎo)航。
? 光級(jí)監(jiān)控：光傳感器可用于測(cè)量環(huán)境光條件并相應(yīng)地觸發(fā)操作，例如在弱光情況下打開(kāi)前燈或調(diào)整相機(jī)設(shè)置以獲得最佳圖像捕獲。
? 物體檢測(cè)：在某些情況下，光傳感器可用于根據(jù)物體的反射特性來(lái)區(qū)分物體，從而幫助完成基本的物體識(shí)別任務(wù)。
? 相機(jī)：與我們的眼睛類似，相機(jī)使用圖像傳感器捕獲光信息。然后處理這些數(shù)據(jù)以創(chuàng)建數(shù)字圖像，使機(jī)器人能夠“看到”周圍的環(huán)境并識(shí)別物體。
? 激光雷達(dá)：該技術(shù)利用激光通過(guò)發(fā)射脈沖光束并檢測(cè)反射光來(lái)測(cè)量到物體的距離。通過(guò)計(jì)算光線傳播所需的時(shí)間，LiDAR 可創(chuàng)建環(huán)境的 3D 地圖。
相機(jī)充當(dāng)機(jī)器人的眼睛，使它們能夠識(shí)別物體、導(dǎo)航、操縱物體、檢查產(chǎn)品以及通過(guò)視覺(jué)提示與人類互動(dòng)。
機(jī)器人可以區(qū)分物體，根據(jù)其視覺(jué)特征對(duì)其進(jìn)行分類，甚至可以讀取標(biāo)簽或代碼。目前物體識(shí)別主要由人工智能算法來(lái)完成。
此外，通過(guò)處理視覺(jué)數(shù)據(jù)，機(jī)器人可以繪制環(huán)境圖、自主導(dǎo)航并安全地避開(kāi)路徑中的障礙物。此外，視覺(jué)機(jī)器人傳感器與力傳感器相結(jié)合，引導(dǎo)機(jī)器人精確抓取和操縱物體，確保準(zhǔn)確搬運(yùn)并避免損壞。
? 紅外 (IR) 傳感器： 這些傳感器發(fā)射并檢測(cè)人眼不可見(jiàn)的紅外輻射。通過(guò)測(cè)量反射或接收的紅外波，他們無(wú)需物理接觸即可確定附近物體的存在和接近程度。
? 超聲波傳感器： 受大自然回聲定位的啟發(fā)，這些機(jī)器人傳感器發(fā)出高頻聲波并測(cè)量回聲返回所需的時(shí)間。這使他們能夠計(jì)算到其范圍內(nèi)的物體的距離。
這些傳感器通過(guò)以下方式幫助機(jī)器人避免碰撞并導(dǎo)航周圍環(huán)境：
? 無(wú)需身體接觸即可檢測(cè)附近的物體。
? 測(cè)量到障礙物和其他物體的距離。
? 在各種環(huán)境下實(shí)現(xiàn)安全導(dǎo)航。
? 溫度傳感器： 這些設(shè)備利用熱敏電阻或電阻溫度檢測(cè)器 (RTD) 等各種原理將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。這些信息可幫助機(jī)器人監(jiān)控環(huán)境溫度，以執(zhí)行環(huán)境控制或防止過(guò)熱等任務(wù)。
? 壓力傳感器： 通過(guò)測(cè)量施加在特定區(qū)域上的力，壓力傳感器可以檢測(cè)各種因素，例如物體抓握力、流體壓力，甚至地面狀況。他們經(jīng)常利用壓電材料來(lái)產(chǎn)生與施加的壓力成比例的電壓。
這些機(jī)器人傳感器監(jiān)測(cè)各種環(huán)境因素，使機(jī)器人能夠：
? 適應(yīng)不斷變化的條件，例如溫度或壓力。例如，溫度傳感器經(jīng)常用于過(guò)熱保護(hù)，壓力傳感器經(jīng)常用于地形傳感。
? 收集環(huán)境監(jiān)測(cè)或機(jī)器人健康狀況等任務(wù)的數(shù)據(jù)。
? 根據(jù)周圍環(huán)境做出明智的決定。
這些緊湊的設(shè)備結(jié)合了多個(gè)機(jī)器人傳感器，如加速度計(jì)、陀螺儀，有時(shí)還有磁力計(jì)。
? 加速度計(jì)： 測(cè)量機(jī)器人在不同方向上的加速度，使其能夠感知運(yùn)動(dòng)、傾斜和振動(dòng)。
? 陀螺儀：檢測(cè)繞軸的旋轉(zhuǎn)速率，幫助機(jī)器人保持平衡和穩(wěn)定。
? 磁力計(jì)： 感應(yīng)地球磁場(chǎng)，為機(jī)器人提供用于導(dǎo)航目的的方向信息。
這些機(jī)器人傳感器的綜合數(shù)據(jù)以多種方式為機(jī)器人提供支持：
? 導(dǎo)航和穩(wěn)定： IMU 對(duì)于機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持平衡和方向至關(guān)重要，從而實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、無(wú)人機(jī)飛行控制和自平衡機(jī)器人等任務(wù)。
? 運(yùn)動(dòng)跟蹤和控制：通過(guò)提供加速度和旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，IMU 可以對(duì)機(jī)械臂操作或物體抓取等任務(wù)進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)跟蹤和控制。
? 航位推算： 在 GPS 不可用的情況下，IMU 可用于航位推算，根據(jù)機(jī)器人之前的運(yùn)動(dòng)和傳感器數(shù)據(jù)估計(jì)機(jī)器人的位置。
這些專用傳感器充當(dāng)機(jī)器人的“觸摸”，使它們能夠感知施加在其上的力和扭矩并做出響應(yīng)。
力-扭矩機(jī)器人傳感器 通常利用應(yīng)變計(jì)或壓電元件等各種技術(shù)。當(dāng)力或扭矩施加到機(jī)器人傳感器時(shí)，這些元件會(huì)經(jīng)歷物理變形，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。該信號(hào)的大小對(duì)應(yīng)于所施加的力或扭矩的強(qiáng)度。
這些信息對(duì)于精細(xì)的物體操作、安全的人機(jī)交互和地形感知等任務(wù)至關(guān)重要。
感知力和扭矩的能力為機(jī)器人帶來(lái)了廣泛的應(yīng)用，使它們能夠：
? 精確處理精致的物體，防止操作過(guò)程中損壞。
? 根據(jù)施加的力調(diào)整動(dòng)作，與人類安全協(xié)作。
? 以一致的壓力執(zhí)行表面精加工任務(wù)，以獲得最佳結(jié)果。
? 通過(guò)感知地面狀況并調(diào)整動(dòng)作來(lái)導(dǎo)航崎嶇地形。
? 通過(guò)在手術(shù)過(guò)程中提供有關(guān)施加力的反饋來(lái)提高手術(shù)精度和安全性。
在機(jī)器人感知領(lǐng)域，觸覺(jué)對(duì)于實(shí)現(xiàn)與物理世界的安全和精確交互起著至關(guān)重要的作用。
Bota Systems 等公司處于該領(lǐng)域的前沿，開(kāi)發(fā)了高性能且經(jīng)濟(jì)高效的力扭矩傳感器，例如LaxONE 和 SensONE。
這些傳感器使機(jī)器人能夠測(cè)量施加在其上的力和扭矩，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)的物體操縱、安全的人機(jī)協(xié)作、增強(qiáng)的表面光潔度和改進(jìn)的地形傳感能力。
Bota Systems 對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠和用戶友好的解決方案的承諾使其力扭矩技術(shù)可供更廣泛的行業(yè)使用，從而促進(jìn)將這種重要的感官模式集成到各種機(jī)器人應(yīng)用中。
從視覺(jué)傳感器的復(fù)雜“眼睛”到力扭矩傳感器的敏感“觸摸”，不同的機(jī)器人傳感器為機(jī)器人提供了導(dǎo)航、交互和適應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界復(fù)雜性所需的感知能力。
隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展并與人工智能的進(jìn)步融合，機(jī)器人將獲得更加復(fù)雜的感知能力。
? 3DM-CV7-AHRS 戰(zhàn)術(shù)級(jí) OEM IMU/AHRS
? 3DM-GX5-GNSS/AHRS 高性能 GNSS 導(dǎo)航傳感器
? 3DM-GX5-AHRS 高性能姿態(tài)參考傳感器
? Bota Systems MiniONE Pro 6 軸力扭矩傳感器
? Bota Systems Rokubi FT 6 軸力扭矩傳感器
? Bota Systems LaxONE FT 6軸力扭矩傳感器
? Adin Robotics AFT20-D15 超小型六軸力/扭矩傳感器
