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盤點機器人傳感器的類型及其作用

隨著智能化的程度提高，機器人傳感器應用越來越多。智能機器人主要有交互機器人、傳感機器人和自主機器人3種。從擬人功能出發，視覺、力覺、觸覺最為重要，早已進入實用階段，聽覺也有較大進展，其它還有嗅覺、味覺、滑覺等，對應有多種傳感器，所以機器人傳感產業也形成了生產和科研力量。內傳感器機器介機電一體化的產品，內傳感器和電機、軸等機械部件或機械結構如手臂（Arm）、手腕（Wrist）等安裝在一起，完成位置、速度、力度的測量，實現伺服控制。位置（位移）傳感器直線移動傳感器有電位計式傳感器和可調變壓器兩種。角位移傳感器有電位計式、可調變壓器（旋轉變壓器）及光電編碼器三種，其中光電編碼器有增量式編碼器和絕對式編碼器。增量式編碼器一般用于零位不確定的位置伺服控制，絕對式編碼器能夠得到對應于編碼器初始鎖定位置的驅動軸瞬時角度值，當設備受到壓力時，只要讀出每個關節編碼器的讀數，就能夠對伺服控制的給定值進行調整，以防止機器人啟動時產生過劇烈的運動。速度和加速度傳感器速度傳感器有測量平移和旋轉運動速度兩種，但大多數情況下，只限于測量旋轉速度。利用位移的導數，特別是光電方法讓光照射旋轉圓盤，檢測出旋轉頻率和脈沖數目，以求出旋轉角度，及利用圓盤制成有縫隙，通過二個光電二極管辨別出角速度，即轉速，這就是光電脈沖式轉速傳感器。此外還有測速發電機用于測速等。力覺傳感器力覺傳感器用于測量兩物體之間作用力的三個分量和力矩的三個分量。機器人中理想的傳感器是粘接在依從部件的半導體應力計。具體有金屬電阻型力覺傳感器、半導體型力覺傳感器、其它磁性壓力式和利用弦振動原理制作的力覺傳感器。由于機器人發展歷史較長，近年來普遍采用以交流永磁電動機為主的交流伺服系統，對應位置、速度等傳感器大量應用的是：各種類型的光電編碼器、磁編碼器和旋轉變壓器。外傳感器以往一般工業機器人是沒有外部感覺能力的，而新一代機器人如多關節機器人，特別是移動機器人、智能機器人則要求具有校正能力和反應環境變化的能力，外傳感器就是實現這些能力的。觸覺傳感器微型開關是接觸傳感器最常用型式，另有隔離式雙態接觸傳感器（即雙穩態開關半導體電路）、單模擬量傳感器、矩陣傳感器（壓電元件的矩陣傳感器、人工皮膚——變電導聚合物、光反射觸覺傳感器等）。應力傳感器如多關節機器人進行動作時需要知道實際存在的接觸、接觸點的位置（定位）、接觸的特性即估計受到的力（表征）這三個條件，所以用上節已指出的應變儀，結合具體應力檢測的基本假設，如求出工作臺面與物體間的作用力，具體有對環境裝設傳感器、對機器人腕部裝設測試儀器用傳動裝置作為傳感器等方法。接近度傳感器由于機器人的運動速度提高及對物體裝卸可能引起損壞等原因需要知道物體在機器人工作場地內存在位置的先驗信息以及適當的軌跡規劃，所以有必要應用測量接近度的遙感方法。接近傳感器分為無源傳感器和有源傳感器，所以除自然信號源外，還可能需要人工信號的發送器和接收器。超聲波接近度傳感器用于檢測物體的存在和測量距離。它不能用于測量小于30~50cm的距離，而測距范圍較大，它可用在移動機器人上，也可用于大型機器人的夾手上。還可做成超聲導航系統。聲覺傳感器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。聲波傳感器復雜程度可以從簡單的聲波存在檢測到復雜的聲波頻率分析，直到對連續自然語言中單獨語音和詞匯的辨別。接觸式或非接觸式溫度傳感器近年在機器人中應用較廣，除常用的熱電阻（熱敏電阻）、熱電偶等外，熱電電視攝像機測及感覺溫度圖像方面也取得進展。滑覺傳感器用于檢測物體的滑動。當要求機器人抓住特性未知的物體時，必須確定最適當的握力值，所以要求檢測出握力不夠時所產生的物體滑動信號。目前有利用光學系統的滑覺傳感器和利用晶體接收器的滑覺傳感器，后者的檢測靈敏度與滑動方向無關。距離傳感器用于智能移動機器人的距離傳感器有：激光測距儀（兼可測角）、聲納傳感器等，近幾年得到發展。視覺傳感器這是應用很廣泛的外傳感器，有鑒于它的內容很豐富，而且機器視覺經常獨立形成產品，與軟件技術關系很密切。

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