如何將機(jī)器人傳感器按功分類?    
機(jī)器人傳感器概述:    

        為了檢測作業(yè)對象及環(huán)境或機(jī)器人與它們的關(guān)系，在機(jī)器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳

感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器，大大改善了機(jī)器人工作狀況，使其能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。由于外部傳感器為集

多種學(xué)科于一身的產(chǎn)品，有些方面還在探索之中，隨著外部傳感器的進(jìn)一步完善，機(jī)器人的功能越來越強(qiáng)大，將在許多領(lǐng)域

為人類做出更大貢獻(xiàn)。    

        觸覺是接觸、沖擊、壓迫等機(jī)械刺激感覺的綜合，觸覺可以用來進(jìn)行機(jī)器人抓取，利用觸覺可進(jìn)一步感知物體的形狀、

軟硬等物理性質(zhì)。對機(jī)器人觸覺的研究，只能集中于擴(kuò)展機(jī)器人能力所必需的觸覺功能，一般把檢測感知和外部直接接觸而

產(chǎn)生的接觸覺、壓力、觸覺及接近覺的傳感器稱為機(jī)器人觸覺傳感器。

1、接觸覺：接觸覺是通過與對象物體彼此接觸而產(chǎn)生的，所以*好使用手指表面高密度分布觸覺傳感器陣列，它柔軟易于

變形，可增大接觸面積，并且有一定的強(qiáng)度，便于抓握。接觸覺傳感器可檢測機(jī)器人是否接觸目標(biāo)或環(huán)境，用于尋找物體或

感知碰撞。① 機(jī)械式傳感器：利用觸點(diǎn)的接觸斷開獲取信息，通常采用微動(dòng)開關(guān)來識(shí)別（物體的二維輪廓，由于結(jié)構(gòu)關(guān)系無

法高密度列陣。② 彈性式傳感器：這類傳感器都由彈性元件、導(dǎo)電觸點(diǎn)和絕緣體構(gòu)成。如采用導(dǎo)電性石墨化碳纖維、氨基甲

酸乙酯泡沫、印制電路板和金屬觸點(diǎn)構(gòu)成的傳感器，碳纖維被壓后與金屬觸點(diǎn)接觸，開關(guān)導(dǎo)通。也可由彈性海綿、導(dǎo)電橡膠和

金屬觸點(diǎn)構(gòu)成，導(dǎo)電橡膠受壓后，海綿變形，導(dǎo)電橡膠和金屬觸點(diǎn)接觸，開關(guān)導(dǎo)通。也可由金屬和鉸青銅構(gòu)成，被絕緣體覆蓋

的青銅箔片被壓后與金屬接觸，觸點(diǎn)閉合。③ 光纖傳感器：這種傳感器包括由一束光纖構(gòu)成的光纜和一個(gè)可變形的反射表面

。光通過光纖束投射到可變形的反射材料上，反射光按相反方向通過光纖束返回。如果反射表面是平的，則通過每條光纖所返

回的光的強(qiáng)度是相同的。如果反射表面因與物體接觸受力而變形，則反射的光強(qiáng)度不同。用高速光掃描技術(shù)進(jìn)行處理，即可得

到反射表面的受力情況。 2、接近覺：接近覺是一種粗略的距離感覺，接近覺傳感器的主要作用是在接觸對象之前獲得必要的

信息，用來探測在一定距離范圍內(nèi)是否有物體接近、物體的接近距離和對象的表面形狀及傾斜等狀態(tài)，一般用“1”和“0”兩

種態(tài)表示。在機(jī)器人中，主要用于對物體的抓取和躲避。接近覺一般用非接觸式測量元件，如霍爾效應(yīng)傳感器、電磁式接近開

關(guān)和光學(xué)接近傳感器。以光學(xué)接近傳感器為例，其結(jié)構(gòu)如下圖1所示。由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。發(fā)光二極管發(fā)出的光

經(jīng)過反射被光敏晶體管接收，接收到的光強(qiáng)和傳感器與目標(biāo)的距離有關(guān)，輸出信號(hào)Uout是距離x的函數(shù)：   Uout＝f（x）。紅

外信號(hào)被調(diào)制成某一特定頻率，可大大提高信噪比。3、滑覺：機(jī)器人在抓取不知屬性的物體時(shí)，其自身應(yīng)能確定*佳握緊力

的給定值。當(dāng)握緊力不夠時(shí)，要檢測被握緊物體的滑動(dòng)，利用該檢測信號(hào)，在不損害物體的前提下，考慮*可靠的夾持方法，

實(shí)現(xiàn)此功能的傳感器稱為滑覺傳感器?；X傳感器有滾動(dòng)式和球式，還有一種通過振動(dòng)檢測滑覺的傳感器。物體在傳感器表面

上滑動(dòng)時(shí)，和滾輪或環(huán)相接觸。      

     磁力式滑覺傳感器中，滑動(dòng)物體引起滾輪滾動(dòng)，用磁鐵和靜止的磁頭，或用光傳感器進(jìn)行檢測，這種傳感器只能檢測到一

個(gè)方向的滑動(dòng)。球式傳感器用球代替滾輪，可以檢測各個(gè)方向的滑動(dòng)，振動(dòng)式滑覺傳感器表面伸出的觸針能和物體接觸，物體

滾動(dòng)時(shí)，觸針與物體接觸而產(chǎn)生振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)由壓點(diǎn)傳感器或磁場線圈結(jié)構(gòu)的微小位移計(jì)檢測。滾輪式滑覺傳感器。    

        力覺是指對機(jī)器人的指、肢和關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)中所受力的感知，主要包括腕力覺、關(guān)節(jié)力覺和支座力覺等，根據(jù)被測對象的負(fù)

載，可以把力傳感器分為測力傳感器（單軸力傳感器）、力矩表（單軸力矩傳感器）、手指傳感器（檢測機(jī)器人手指作用力的

超小型單軸力傳感器）和六軸力覺傳感器。力覺傳感器根據(jù)力的檢測方式不同，可以分為：①檢測應(yīng)變或應(yīng)力的應(yīng)變片式；②

利用壓電效應(yīng)的壓電元件式；③用位移計(jì)測量負(fù)載產(chǎn)生的位移的差動(dòng)變壓器、電容位移計(jì)式，其中應(yīng)變片被機(jī)器人廣泛采用。    

   在選用力傳感器時(shí)，首先要特別注意額定值，其次在機(jī)器人通常的力控制中，力的精度意義不大，重要的是分辨率。另外，

在機(jī)器人上實(shí)際安裝使用力覺傳感器時(shí)，一定要事先檢查操作區(qū)域，**障礙物。這對實(shí)驗(yàn)者的人身**、對保證機(jī)器人及

外圍設(shè)備不受損害有重要意義。    

1、超聲波測距法：超聲波是頻率20kHz以上的機(jī)械振動(dòng)波，利用發(fā)射脈沖和接收脈沖的時(shí)間間隔推算出距離。超聲波測距法

的缺點(diǎn)是波束較寬，其分辨力受到嚴(yán)重的限制，因此，主要用于導(dǎo)航和回避障礙物。    

2、激光測距法：激光測距法也可以利用回波法，或者利用激光測距儀，其工作原理如下：氦氖激光器固定在基線上，在基線

的一端由反射鏡將激光點(diǎn)射向被測物體，反射鏡固定在電動(dòng)機(jī)軸上，電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，使激光點(diǎn)穩(wěn)定地對被測目標(biāo)掃描。由C

CD（電荷耦合器件）攝像機(jī)接受反射光，采用圖像處理的方法檢測出激光點(diǎn)圖像，并根據(jù)位置坐標(biāo)及攝像機(jī)光學(xué)特點(diǎn)計(jì)算出

激光反射角。利用三角測距原理即可算出反射點(diǎn)的位置。    

        除以上介紹的機(jī)器人外部傳感器外，還可根據(jù)機(jī)器人特殊用途安裝聽覺傳感器，味覺傳感器及電磁波傳感器，而這些機(jī)

器人主要用于科學(xué)研究、海洋資源探測或食品分析、救火等特殊用途。這些傳感器多數(shù)屬于開發(fā)階段，有待于更進(jìn)一步完善

，以豐富機(jī)器人專用功能。    

        系統(tǒng)中使用的傳感器種類和數(shù)量越來越多，每種傳感器都有一定的使用條件和感知范圍，并且又能給出環(huán)境或?qū)ο蟮牟?

分或整個(gè)側(cè)面的信息，為了有效地利用這些傳感器信息，需要采用某種形式對傳感器信息進(jìn)行綜合、融合處理，不同類型信

息的多種形式的處理系統(tǒng)就是傳感器融合。傳感器的融合技術(shù)涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識(shí)工程、模糊理論等信息、檢測、控制領(lǐng)域

的新理論和新方法。