根據檢測對象的不同可将機器人用傳感器分為内部傳感器和外部傳感器。
内部傳感器主要用來檢測機器人各内部系統的狀況,如各關節的位置、速度、加速度溫度、電機速度、電機載荷、電池電壓等,并将所測得的資訊作為回報資訊送至控制器,形成閉環控制。
具體介紹如下:
機器視覺是使機器人具有感覺功能的系統,其通過視覺傳感器擷取圖像進行分析,讓機器人能夠代替人眼辨識物體,測量和判斷,實作定位等功能。業界人士指出,目前在中國使用簡便的智能視覺傳感器占了機器視覺系統市場60%左右的市場佔有率。視覺傳感器的優點是探測範圍廣、擷取資訊豐富,實際應用中常使用多個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、速度等諸多資訊。
以深度攝像頭為基礎的計算視覺領域已經成為整個高科技行業最熱門的投資和創業熱點之一。有意思的是,這一領域的許多尖端成果都是由初創公司先推出,再被巨頭收購發揚光大,例如intel收購realsense實感攝像頭、蘋果收購kinect的技術供應商primesense, oculus又收購了一家主攻高精确度手勢識别技術的以色列技術公司pebbles interfaces。在國内計算視覺方面的創業團隊雖然還沒有大規模進入投資者的主流視野,但當中的佼佼者已經開始取得了令人矚目的成績。
深度攝像頭早在上世紀 80 年代就由 ibm 提出相關概念,這家持有過去、現在和未來幾乎所有硬碟底層資料的超級公司,可謂是時代領跑者。2005年建立于以色列的 primesense 公司可謂該技術民用化的先驅。當時,在消費市場推廣深度攝像頭還處在概念階段,此前深度攝像頭僅使用在工業領域,為機械臂、工業機器人等提供圖形視覺服務。由它提供技術方案的微軟kinect成為深度攝像頭在消費領域的開山之作,并帶動整個業界對該技術的民用開發。
2、聲覺傳感器
聲音傳感器的作用相當于一個話筒(麥克風)。它用來接收聲波,顯示聲音的振動圖象。但不能對噪聲的強度進行測量。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。聲波傳感器複雜程度可以從簡單的聲波存在檢測到複雜的聲波頻率分析,直到對連續自然語言中單獨語音和詞彙的辨識。
據悉,從20世紀50年代開始,bell實驗室開發了世界上第一個語音識别audry系統,可以識别10個英文數字。 到20世紀70年代聲音識别技術得到快速發展,動态時間規整(ＤＴＷ)算法、矢量量化(ＶＱ)以及隐馬爾科夫模型(ＨＭＭ)理論等相繼被提出,實作了基于ＤＴＷ技術的特定 人孤立語音識别系統。近年來,聲音識别技術已經從實驗室走向實用,國内外很多公司都利用聲音識别技術開發出相應産品。比較知名的企業有思必馳、科大訊飛以及騰訊、百度等巨頭,共闖語音技術領域。
3、距離傳感器
用于智能移動機器人的距離傳感器有雷射測距儀(兼可測角)、聲納傳感器等,近年來發展起來的雷射雷達傳感器是目前比較主流的一種,可用于機器人導航和回避障礙物,比如slamtec-思岚科技研發的rplidar a2雷射雷達可進行360度全方面掃描測距,來擷取周圍環境的輪廓圖,采樣頻率高達每秒4000次,成為目前業内低成本雷射雷達最高的測量頻率。配合slamtec-思岚科技的slamware自主定位導航方案可幫助機器人實作自主建構地圖、實時路勁規劃與自動避開障礙物。
4、觸覺傳感器
觸覺傳感器主要是用于機器人中模仿觸覺功能的傳感器。觸覺是人與外界環境直接接觸時的重要感覺功能,研制滿足要求的觸覺傳感器是機器人發展中的技術關鍵之一。随着微電子技術的發展和各種有機材料的出現,已經提出了多種多樣的觸覺傳感器的研制方案,但目前大都屬于實驗室階段,達到産品化的不多。
5、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,可以測量距離和方位,而且可以融合視覺和觸覺傳感器的資訊。接近覺傳感器可以輔助視覺系統的功能,來判斷對象物體的方位、外形,同時識别其表面形狀。是以,為準确抓取部件,對機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作用:
發現前方障礙物,限制機器人的運動範圍,以避免不障礙物収生碰撞。
在接觸對象物前得到必要資訊,比如與物體的相對距離,相對傾角,以便為後續動作做準備。擷取物體表面各點間的距離,進而得到有關對象物表面形狀的資訊。
6、滑覺傳感器
滑覺傳感器主要是用于檢測機器人與抓握對象間滑移程度的傳感器。為了在抓握物體時确定一個适當的握力值,需要實時檢測接觸表面的相對滑動,然後判斷握力,在不損傷物體的情況下逐漸增加力量,滑覺檢測功能是實作機器人柔性抓握的必備條件。通過滑覺傳感器可實作識别功能,對被抓物體進行表面粗糙度和硬度的判斷。滑覺傳感器按被測物體滑動方向可分為三類:無方向性、單方向性和全方向性傳感器。其中無方向性傳感器隻能檢測是否産生滑動,無法判别方向;單方向性傳感器隻能檢測單一方向的滑移;全方向性傳感器可檢測個方向的滑動情況。這種傳感器一般制成球形以滿足需要。
7、力覺傳感器
力覺傳感器是用來檢測機器人自身力與外部環境力之間互相作用力的傳感器。力覺傳感器經常裝于機器人關節處,通過檢測彈性體變形來間接測量所受力。裝于機器人關節處的力覺傳感器常以固定的三坐标形式出現,有利于滿足控制系統的要求。目前出現的六維力覺傳感器可實作全力資訊的測量,因其主要安裝于腕關節處被稱為腕力覺傳感器。腕力覺傳感器大部分采用應變電測原理,按其彈性體結構形式可分為兩種,筒式和十字形腕力覺傳感器。其中筒式具有結構簡單、彈性梁使用率高、靈敏度高的特點;而十字形的傳感器結構簡單、坐标建立容易,但加工精度高。
8、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,隻限于測量旋轉速度。利用位移的導數,特别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識出角速度,即轉速,這就是光電脈沖式轉速傳感器。
加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由品質塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和适調電路等部分組成。傳感器在加速過程中,通過對品質塊所受慣性力的測量,利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據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、應變式、壓阻式、壓電式等。
機器人要想做到如人類般的靈敏,視覺傳感器、聲覺傳感器、距離傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器、力覺傳感器、滑覺傳感器、速度和加速度傳感器這8種傳感器對機器人極為重要,尤其是機器人的5大感官傳感器是必不可少的,從拟人功能出發,視覺、力覺、觸覺最為重要,目前已進入實用階段,但它的感官,如聽覺、嗅覺、味覺、滑覺等對應的傳感器還等待一一攻克。