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)今消費者，服務(wù)專業(yè)，社會甚至工業(yè)機(jī)器人中較為常用使用的傳感器技術(shù)之一。如今，消費者，服務(wù)專業(yè)人士或社交機(jī)器人中的幾乎每個關(guān)節(jié)都使用兩個或多個磁性角度位置傳感器IC.

  對于每個運(yùn)動軸或關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，至少使用一個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)大的無刷直流電動機(jī)（BLDC）來移動機(jī)器人的關(guān)節(jié)和四肢。為了正確驅(qū)動電動機(jī)，需要電動機(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，對于機(jī)器人關(guān)節(jié)，在每個運(yùn)動軸上都需要兩個磁性角位置傳感器，磁性角度位置傳感器IC能向聯(lián)合電動機(jī)控制器提供電動機(jī)換向反饋。  帶有磁性位置傳感器的機(jī)械臂

  例如，對于需要在俯仰和滾動中都進(jìn)行軸向運(yùn)動的機(jī)器人腳踝，總共使用四個磁性位置傳感器。通過每個關(guān)節(jié)具有這種類型的多重連接，以及對大多數(shù)機(jī)器人所需的大量關(guān)節(jié)的認(rèn)識，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)器人空間視覺感測以及物體檢測和躲避。2D和3D立體視覺攝像頭普遍出現(xiàn)在當(dāng)今的許多新型消費者和專業(yè)服務(wù)機(jī)器人中。

  但是，包括光檢測和測距（LIDAR）傳感器在內(nèi)的飛行時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。  激光雷達(dá)映射

  類似地，超聲傳感器被用于存在感測。像備用時用于安全警報系統(tǒng)的汽車中的對等設(shè)備一樣，機(jī)器人中的超聲波傳感器用于檢測附近的障礙物，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，但是其精度會隨著范圍和測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，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，正如我們現(xiàn)在開始在消費/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，并移動和執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，而不會損壞自己，人員或周圍環(huán)境。

  手勢傳感器

  手勢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)的手勢傳感器，可以訓(xùn)練機(jī)器人識別特定的手部動作并基于特定的手勢或手部動作執(zhí)行某些任務(wù)。這些類型的手勢傳感器在家庭或醫(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。

  使用臂帶控制傳感器，佩戴者可以根據(jù)操作員如何移動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，檢測障礙物并向機(jī)器人的處理器提供安全警報。

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

  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)和消費機(jī)器人領(lǐng)域?？梢詸z測有關(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)今的自動機(jī)器人中，以幫助延長機(jī)器人在兩次充電之間的工作時間，并確保鋰離子電池（當(dāng)今自動機(jī)器人中較為常見的電池）在使用時不會過熱充電或耗盡。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侖計數(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。