安防機(jī)器人逐漸走進(jìn)人們的視野,它們有類似人一樣的肢體及感官功能,有一定程度的智能,其實(shí)機(jī)器人身體中裝上了各式各樣的傳感器,要裝多少才能像人類一樣靈敏?
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(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)便的智能視覺傳感器占了機(jī)器視覺系統(tǒng)市場(chǎng)60%左右的市場(chǎng)份額。視覺傳感器的優(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。
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(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。
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(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)避開障礙物。
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。
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(cè)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(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。
滑覺傳感器
滑覺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。通過滑覺傳感器可實(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。
滑覺傳感器按被測(cè)物體滑動(dòng)方向可分為三類: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。
力覺傳感器
力覺傳感器是用來(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。力覺傳感器經(jīng)常裝于機(jī)器人關(guān)節(jié)處,通過檢測(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(cè)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(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。
速度和加速度傳感器
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,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(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。傳感器在加速過程中,通過對(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。