机器人的关键传感器技术

　　在当今机器人中起主要作用的几种关键传感器技术包括磁性位置传感器，存在传感器，手势传感器，力扭矩传感器，环境传感器和电源管理传感器。

　　磁性位置传感器

　　磁性角度位置传感器集成电路（IC）是当今消费者，服务专业，社会甚至工业机器人中最广泛使用的传感器技术之一。如今，消费者，服务专业人士或社交机器人中的几乎每个关节都使用两个或多个磁性角度位置传感器IC.

　　对于每个运动轴或关节旋转，至少使用一个磁性角度位置传感器。当今许多机器人都使用小型但功能强大的无刷直流电动机（BLDC）来移动机器人的关节和四肢。为了正确驱动电动机，需要电动机位置反馈。

　　另外，机器人关节的闭环电机控制也需要关节齿轮角度位置反馈。因此，对于机器人关节，在每个运动轴上都需要两个磁性角位置传感器，磁性角度位置传感器IC能向联合电动机控制器提供电动机换向反馈。

　　例如，对于需要在俯仰和滚动中都进行轴向运动的机器人脚踝，总共使用四个磁性位置传感器。通过每个关节具有这种类型的多重连接，以及对大多数机器人所需的大量关节的认识，就明白为什么磁性角位置传感器在当今最新的机器人产品中如此多产。

　　存在传感器

　　如今，几种在场传感器技术已被集成到当今的机器人中，并且它们的信息也被融合在一起，以提供机器人空间视觉感测以及物体检测和躲避。2D和3D立体视觉摄像头普遍出现在当今的许多新型消费者和专业服务机器人中。

　　但是，包括光检测和测距（LIDAR）传感器在内的飞行时间传感器等新的先进传感器技术也越来越多地部署在机器人中。LIDAR提供了机器人正在操作的空间和周围环境的高分辨率3D映射，以便它可以更好地执行任务并四处移动。

　　类似地，超声传感器被用于存在感测。像备用时用于安全警报系统的汽车中的对等设备一样，机器人中的超声波传感器用于检测附近的障碍物，并防止它们撞到墙壁，物体，其他机器人和人类中。

　　此外，他们可以在执行主要功能任务的机器人中扮演角色。因此，超声波传感器在近场导航和避障方面发挥着重要作用，最终提供了整体上改善的机器人性能和安全性。

　　但是，超声波传感器的范围有限，从大约一厘米到几米不等，并且最大方向锥大约为30°。它们的成本相对较低，并且在近距离范围内具有良好的精度，但是其精度会随着范围和测量角度的增加而下降。

　　它们还容易受到温度和压力变化的影响，并且容易受到其他近距离机器人的干扰，这些机器人使用调谐到相同频率的超声波传感器。但是，当与其他存在传感器结合使用时，它们可以提供有用且可靠的位置信息。

　　当所有这些存在传感器（2D / 3D摄像头，激光雷达和超声波）数据融合在一起时，正如我们现在开始在高端消费/专业服务机器人和工业机器人中所看到的那样，这些机器人能够实现空间感知，并移动和执行更复杂的任务，而不会损坏自己，人员或周围环境。

　　手势传感器

　　手势传感器也越来越多地集成到当今一些最复杂的机器人中，以帮助提供用户界面命令。手势传感器技术包括光学传感器和机器人操作员佩戴的控制臂带传感器。

　　使用基于光学的手势传感器，可以训练机器人识别特定的手部动作并基于特定的手势或手部动作执行某些任务。这些类型的手势传感器在家庭或医院为残疾人和有限的通信能力以及智能工厂提供了许多机会。

　　使用臂带控制传感器，佩戴者可以根据操作员如何移动和打手势自己的手臂来通信和控制协作，工业，医疗或军事机器人，以执行和/或模仿某些任务。例如，外科医生在每条手臂上都戴上臂章传感器，可以控制一对远程医疗机器人手臂进行手术，可能远至地球另一侧。

　　力扭矩传感器

　　力扭矩传感器也越来越多地用于当今的下一代机器人中。力扭矩传感器不仅用于机器人的末端执行器和夹具，而且现在还用于机器人的其他部分，例如，躯干，手臂，腿部和头部。这些特殊的力扭矩传感器用于监视肢体速度运动，检测障碍物并向机器人的中央处理器提供安全警报。

　　例如，当机器人手臂中的力扭矩传感器检测到由于手臂撞击物体而产生的突然而意外的力时，其控制安全软件可能会导致手臂停止运动并缩回其位置。

　　力扭矩传感器还与存在传感器以及其他安全监视传感器（例如环境传感器）配合使用，以提供总体安全区域监视功能。

　　环境传感器

　　各种环境传感器也正在进入工业和消费机器人领域。可以检测有关空气质量的VOC（挥发性有机化合物）的环境传感器，温度和湿度传感器，压力传感器，甚至可以检测照明的传感器。这些传感器不仅有助于确保机器人可以继续有效且安全地运行，而且还可以使机器人本地人员意识到不安全的环境条件。

　　电源管理传感器

　　电源管理传感器还集成到当今的自动机器人中，以帮助延长机器人在两次充电之间的工作时间，并确保锂离子电池（当今自动机器人中最常见的电池）在使用时不会过热充电或耗尽。参见图4.0.

　　电源管理传感器还用于电压调节以及机器人关节电机的电源和热管理领域。所有机载机器人电子设备，例如微处理器，传感器和执行器，都需要低噪声纹波电源和调节功能，以确保它们高效且正确地工作。

　　用于机器人电源管理的最新传感器解决方案包括用于电池放电和充电的库仑计数，用于电压调节器的精确可靠的过热监控传感器以及电池管理设备中的电流传感器。

　　由于所有这些新传感器技术的集成和融合，当今的最新机器人可以更加独立和安全地运行。此外，由于在计算能力，软件和人工智能方面的显着改进，并且与这些新的传感器技术协同工作，这种下一代机器人可以更轻松地适应各种应用需求。

　　而且，他们可以比前任更准确，更快地执行任务。最后，他们可以在更广泛的家庭，企业和制造环境中与人类进行更独立，协作和安全的操作和工作。