當(dāng)今機(jī)器人中采用的關(guān)鍵傳感器技術(shù)

在當(dāng)今機(jī)器人中起主要作用的幾種關(guān)鍵傳感器技術(shù)包括磁性位置傳感器，存在傳感器，手勢(shì)傳感器，力扭矩傳感器，環(huán)境傳感器和電源管理傳感器。

  磁性位置傳感器

  磁性角度位置傳感器集成電路（IC）是當(dāng)今消費(fèi)者，服務(wù)專業(yè)，社會(huì)甚至工業(yè)機(jī)器人中較為常用使用的傳感器技術(shù)之一。如今，消費(fèi)者，服務(wù)專業(yè)人士或社交機(jī)器人中的幾乎每個(gè)關(guān)節(jié)都使用兩個(gè)或多個(gè)磁性角度位置傳感器IC.

  對(duì)于每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸或關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，至少使用一個(gè)磁性角度位置傳感器。當(dāng)今許多機(jī)器人都使用小型但功能強(qiáng)大的無刷直流電動(dòng)機(jī)（BLDC）來移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)和四肢。為了正確驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，需要電動(dòng)機(jī)位置反饋。

  另外，機(jī)器人關(guān)節(jié)的閉環(huán)電機(jī)控制也需要關(guān)節(jié)齒輪角度位置反饋。因此，對(duì)于機(jī)器人關(guān)節(jié)，在每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸上都需要兩個(gè)磁性角位置傳感器，磁性角度位置傳感器IC能向聯(lián)合電動(dòng)機(jī)控制器提供電動(dòng)機(jī)換向反饋。  帶有磁性位置傳感器的機(jī)械臂

  例如，對(duì)于需要在俯仰和滾動(dòng)中都進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人腳踝，總共使用四個(gè)磁性位置傳感器。通過每個(gè)關(guān)節(jié)具有這種類型的多重連接，以及對(duì)大多數(shù)機(jī)器人所需的大量關(guān)節(jié)的認(rèn)識(shí)，就明白為什么磁性角位置傳感器在當(dāng)今的機(jī)器人產(chǎn)品中如此多產(chǎn)。

  存在傳感器

  如今，幾種在場(chǎng)傳感器技術(shù)已被集成到當(dāng)今的機(jī)器人中，并且它們的信息也被融合在一起，以提供機(jī)器人空間視覺感測(cè)以及物體檢測(cè)和躲避。2D和3D立體視覺攝像頭普遍出現(xiàn)在當(dāng)今的許多新型消費(fèi)者和專業(yè)服務(wù)機(jī)器人中。

  但是，包括光檢測(cè)和測(cè)距（LIDAR）傳感器在內(nèi)的飛行時(shí)間傳感器等新的先進(jìn)傳感器技術(shù)也越來越多地部署在機(jī)器人中。LIDAR提供了機(jī)器人正在操作的空間和周圍環(huán)境的高分辨率3D映射，以便它可以更好地執(zhí)行任務(wù)并四處移動(dòng)。  激光雷達(dá)映射

  類似地，超聲傳感器被用于存在感測(cè)。像備用時(shí)用于安全警報(bào)系統(tǒng)的汽車中的對(duì)等設(shè)備一樣，機(jī)器人中的超聲波傳感器用于檢測(cè)附近的障礙物，并防止它們撞到墻壁，物體，其他機(jī)器人和人類中。

  此外，他們可以在執(zhí)行主要功能任務(wù)的機(jī)器人中扮演角色。因此，超聲波傳感器在近場(chǎng)導(dǎo)航和避障方面發(fā)揮著重要作用，提供了整體上改善的機(jī)器人性能和安全性。

  但是，超聲波傳感器的范圍有限，從大約一厘米到幾米不等，并且比較大方向錐大約為30°。它們的成本相對(duì)較低，并且在近距離范圍內(nèi)具有良好的精度，但是其精度會(huì)隨著范圍和測(cè)量角度的增加而下降。

  它們還容易受到溫度和壓力變化的影響，并且容易受到其他近距離機(jī)器人的干擾，這些機(jī)器人使用調(diào)諧到相同頻率的超聲波傳感器。但是，當(dāng)與其他存在傳感器結(jié)合使用時(shí)，它們可以提供有用且可靠的位置信息。

  當(dāng)所有這些存在傳感器（2D / 3D攝像頭，激光雷達(dá)和超聲波）數(shù)據(jù)融合在一起時(shí)，正如我們現(xiàn)在開始在消費(fèi)/專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人中所看到的那樣，這些機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)空間感知，并移動(dòng)和執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，而不會(huì)損壞自己，人員或周圍環(huán)境。

  手勢(shì)傳感器

  手勢(shì)傳感器也越來越多地集成到當(dāng)今一些復(fù)雜的機(jī)器人中，以幫助提供用戶界面命令。手勢(shì)傳感器技術(shù)包括光學(xué)傳感器和機(jī)器人操作員佩戴的控制臂帶傳感器。

  使用基于光學(xué)的手勢(shì)傳感器，可以訓(xùn)練機(jī)器人識(shí)別特定的手部動(dòng)作并基于特定的手勢(shì)或手部動(dòng)作執(zhí)行某些任務(wù)。這些類型的手勢(shì)傳感器在家庭或醫(yī)院為殘疾人和有限的通信能力以及智能工廠提供了許多機(jī)會(huì)。

  使用臂帶控制傳感器，佩戴者可以根據(jù)操作員如何移動(dòng)自己的手臂來通信和控制協(xié)作，工業(yè)，醫(yī)療機(jī)器人，以執(zhí)行和/或模仿某些任務(wù)。例如，外科醫(yī)生在每條手臂上都戴上臂章傳感器，可以控制一對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人手臂進(jìn)行手術(shù)，可能遠(yuǎn)至地球另一側(cè)。

  力扭矩傳感器

  力扭矩傳感器也越來越多地用于當(dāng)今的下一代機(jī)器人中。力扭矩傳感器不僅用于機(jī)器人的末端執(zhí)行器和夾具，而且現(xiàn)在還用于機(jī)器人的其他部分，例如，軀干，手臂，腿部和頭部。這些特殊的力扭矩傳感器用于監(jiān)視肢體速度運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)障礙物并向機(jī)器人的處理器提供安全警報(bào)。

  例如，當(dāng)機(jī)器人手臂中的力扭矩傳感器檢測(cè)到由于手臂撞擊物體而產(chǎn)生的突然而意外的力時(shí)，其控制安全軟件可能會(huì)導(dǎo)致手臂停止運(yùn)動(dòng)并縮回其位置。

  力扭矩傳感器還與存在傳感器以及其他安全監(jiān)視傳感器（例如環(huán)境傳感器）配合使用，以提供總體安全區(qū)域監(jiān)視功能。

  環(huán)境傳感器

  各種環(huán)境傳感器也正在進(jìn)入工業(yè)和消費(fèi)機(jī)器人領(lǐng)域。可以檢測(cè)有關(guān)空氣質(zhì)量的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）的環(huán)境傳感器，溫度和濕度傳感器，壓力傳感器，甚至可以檢測(cè)照明的傳感器。這些傳感器不僅有助于確保機(jī)器人可以繼續(xù)有效且安全地運(yùn)行，而且還可以使機(jī)器人本地人員意識(shí)到不安全的環(huán)境條件。

  電源管理傳感器

  電源管理傳感器還集成到當(dāng)今的自動(dòng)機(jī)器人中，以幫助延長(zhǎng)機(jī)器人在兩次充電之間的工作時(shí)間，并確保鋰離子電池（當(dāng)今自動(dòng)機(jī)器人中較為常見的電池）在使用時(shí)不會(huì)過熱充電或耗盡。參見圖4.0.

  電源管理傳感器還用于電壓調(diào)節(jié)以及機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的電源和熱管理領(lǐng)域。所有機(jī)載機(jī)器人電子設(shè)備，例如微處理器，傳感器和執(zhí)行器，都需要低噪聲紋波電源和調(diào)節(jié)功能，以確保它們高效且正確地工作。

  用于機(jī)器人電源管理的傳感器解決方案包括用于電池放電和充電的庫(kù)侖計(jì)數(shù)，用于電壓調(diào)節(jié)器的可靠的過熱監(jiān)控傳感器以及電池管理設(shè)備中的電流傳感器。

  由于所有這些新傳感器技術(shù)的集成和融合，當(dāng)今的機(jī)器人可以更加安全地運(yùn)行。此外，由于在計(jì)算能力，軟件和人工智能方面的顯著改進(jìn)，并且與這些新的傳感器技術(shù)協(xié)同工作，這種下一代機(jī)器人可以更輕松地適應(yīng)各種應(yīng)用需求。

  而且，他們可以比前任更準(zhǔn)確，更快地執(zhí)行任務(wù)。他們可以在不同的家庭，企業(yè)和制造環(huán)境中與人類進(jìn)行更高效，協(xié)作和安全的操作和工作。