對于機器人來說，要像人類一樣有效地與世界互動并完成任務，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，機器人依靠各種機器人傳感器來感知環(huán)境、收集數(shù)據(jù)并做出明智的決策。這些機器人傳感器在機器人導航、物體操縱甚至通信中發(fā)揮著至關重要的作用。
但機器人有哪些傳感器以及機器人如何使用這些傳感器呢？機器人上的傳感器如何工作？
在本文中，我們將回答這些問題，同時深入研究不同類型的機器人傳感器，探索它們在不同行業(yè)的應用，并強調它們在我們與自動化不斷發(fā)展的關系中發(fā)揮的關鍵作用。
從本質上講，所有機器人傳感器都按照轉換的基本原理運行， 即將一種形式的能量轉換為另一種形式的能量。
測量特定類型的能量，相應的輸出信號根據(jù)機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），而相機則將光能轉換為電信號（光到電）。
無論具體細節(jié)如何，核心概念都是相同的：傳感器檢測物理現(xiàn)象，將其轉換為電信號，并傳輸該信息以進行進一步處理和解釋。
經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)成為感官輸入，使機器人和其他自動化系統(tǒng)能夠感知 周圍的世界并與之互動。
讓我們詳細探討機器人擁有哪些傳感器以及它們如何使用這些傳感器。
? 光敏電阻：這些是光敏電阻，其電阻根據(jù)接收到的光強度而變化。隨著光強度的增加，電阻減小，反之亦然。光敏機器人的控制系統(tǒng)可以測量電阻的變化，以確定環(huán)境中的光照水平。
? 光電二極管：這些半導體器件將光轉換成電流。產(chǎn)生的電流量與落在光電二極管上的光強度成正比。這使得光傳感機器人不僅可以檢測光的存在，還可以測量其強度。
? 光電晶體管：與光電二極管類似，這些光敏晶體管利用光來控制流經(jīng)器件的電流。通過測量電流的變化，機器人可以檢測光的存在或不存在。
光傳感器的多功能性使其對于各種機器人任務都很有價值，包括：
? 避障：配備光傳感器的機器人可以檢測障礙物引起的光強度變化，使其能夠安全導航并避免碰撞。
? 線路跟蹤：通過跟蹤具有對比光反射率的線路，機器人可以沿著工廠或其他受控環(huán)境中的特定路徑導航。
? 光級監(jiān)控：光傳感器可用于測量環(huán)境光條件并相應地觸發(fā)操作，例如在弱光情況下打開前燈或調整相機設置以獲得最佳圖像捕獲。
? 物體檢測：在某些情況下，光傳感器可用于根據(jù)物體的反射特性來區(qū)分物體，從而幫助完成基本的物體識別任務。
? 相機：與我們的眼睛類似，相機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，使機器人能夠“看到”周圍的環(huán)境并識別物體。
? 激光雷達：該技術利用激光通過發(fā)射脈沖光束并檢測反射光來測量到物體的距離。通過計算光線傳播所需的時間，LiDAR 可創(chuàng)建環(huán)境的 3D 地圖。
相機充當機器人的眼睛，使它們能夠識別物體、導航、操縱物體、檢查產(chǎn)品以及通過視覺提示與人類互動。
機器人可以區(qū)分物體，根據(jù)其視覺特征對其進行分類，甚至可以讀取標簽或代碼。目前物體識別主要由人工智能算法來完成。
此外，通過處理視覺數(shù)據(jù)，機器人可以繪制環(huán)境圖、自主導航并安全地避開路徑中的障礙物。此外，視覺機器人傳感器與力傳感器相結合，引導機器人精確抓取和操縱物體，確保準確搬運并避免損壞。
? 紅外 (IR) 傳感器： 這些傳感器發(fā)射并檢測人眼不可見的紅外輻射。通過測量反射或接收的紅外波，他們無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)，這些機器人傳感器發(fā)出高頻聲波并測量回聲返回所需的時間。這使他們能夠計算到其范圍內的物體的距離。
這些傳感器通過以下方式幫助機器人避免碰撞并導航周圍環(huán)境：
? 無需身體接觸即可檢測附近的物體。
? 測量到障礙物和其他物體的距離。
? 在各種環(huán)境下實現(xiàn)安全導航。
? 溫度傳感器： 這些設備利用熱敏電阻或電阻溫度檢測器 (RTD) 等各種原理將溫度變化轉換為電信號。這些信息可幫助機器人監(jiān)控環(huán)境溫度，以執(zhí)行環(huán)境控制或防止過熱等任務。
? 壓力傳感器： 通過測量施加在特定區(qū)域上的力，壓力傳感器可以檢測各種因素，例如物體抓握力、流體壓力，甚至地面狀況。他們經(jīng)常利用壓電材料來產(chǎn)生與施加的壓力成比例的電壓。
這些機器人傳感器監(jiān)測各種環(huán)境因素，使機器人能夠：
? 適應不斷變化的條件，例如溫度或壓力。例如，溫度傳感器經(jīng)常用于過熱保護，壓力傳感器經(jīng)常用于地形傳感。
? 收集環(huán)境監(jiān)測或機器人健康狀況等任務的數(shù)據(jù)。
? 根據(jù)周圍環(huán)境做出明智的決定。
這些緊湊的設備結合了多個機器人傳感器，如加速度計、陀螺儀，有時還有磁力計。
? 加速度計： 測量機器人在不同方向上的加速度，使其能夠感知運動、傾斜和振動。
? 陀螺儀：檢測繞軸的旋轉速率，幫助機器人保持平衡和穩(wěn)定。
? 磁力計： 感應地球磁場，為機器人提供用于導航目的的方向信息。
這些機器人傳感器的綜合數(shù)據(jù)以多種方式為機器人提供支持：
? 導航和穩(wěn)定： IMU 對于機器人在運動過程中保持平衡和方向至關重要，從而實現(xiàn)自主導航、無人機飛行控制和自平衡機器人等任務。
? 運動跟蹤和控制：通過提供加速度和旋轉數(shù)據(jù)，IMU 可以對機械臂操作或物體抓取等任務進行精確的運動跟蹤和控制。
? 航位推算： 在 GPS 不可用的情況下，IMU 可用于航位推算，根據(jù)機器人之前的運動和傳感器數(shù)據(jù)估計機器人的位置。
這些專用傳感器充當機器人的“觸摸”，使它們能夠感知施加在其上的力和扭矩并做出響應。
力-扭矩機器人傳感器 通常利用應變計或壓電元件等各種技術。當力或扭矩施加到機器人傳感器時，這些元件會經(jīng)歷物理變形，并轉化為電信號。該信號的大小對應于所施加的力或扭矩的強度。
這些信息對于精細的物體操作、安全的人機交互和地形感知等任務至關重要。
感知力和扭矩的能力為機器人帶來了廣泛的應用，使它們能夠：
? 精確處理精致的物體，防止操作過程中損壞。
? 根據(jù)施加的力調整動作，與人類安全協(xié)作。
? 以一致的壓力執(zhí)行表面精加工任務，以獲得最佳結果。
? 通過感知地面狀況并調整動作來導航崎嶇地形。
? 通過在手術過程中提供有關施加力的反饋來提高手術精度和安全性。
在機器人感知領域，觸覺對于實現(xiàn)與物理世界的安全和精確交互起著至關重要的作用。
Bota Systems 等公司處于該領域的前沿，開發(fā)了高性能且經(jīng)濟高效的力扭矩傳感器，例如LaxONE 和 SensONE。
這些傳感器使機器人能夠測量施加在其上的力和扭矩，從而實現(xiàn)精細的物體操縱、安全的人機協(xié)作、增強的表面光潔度和改進的地形傳感能力。
Bota Systems 對經(jīng)濟實惠和用戶友好的解決方案的承諾使其力扭矩技術可供更廣泛的行業(yè)使用，從而促進將這種重要的感官模式集成到各種機器人應用中。
從視覺傳感器的復雜“眼睛”到力扭矩傳感器的敏感“觸摸”，不同的機器人傳感器為機器人提供了導航、交互和適應現(xiàn)實世界復雜性所需的感知能力。
隨著傳感器技術的不斷發(fā)展并與人工智能的進步融合，機器人將獲得更加復雜的感知能力。
? 3DM-CV7-AHRS 戰(zhàn)術級 OEM IMU/AHRS
? 3DM-GX5-GNSS/AHRS 高性能 GNSS 導航傳感器
? 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
