機(jī)器人傳感器

　　1概述

　　為了檢測(cè)作業(yè)對(duì)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?yàn)槿祟愖龀龈筘暙I(xiàn)。

　　2機(jī)器人傳感器分類

　　根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。

　　a.內(nèi)部傳感器：用來檢測(cè)機(jī)器人本身狀態(tài)（如手臂間角度）的傳感器。多為檢測(cè)位置和角度的傳感器。

　　b.外部傳感器：用來檢測(cè)機(jī)器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。具體有物體識(shí)別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器，聽覺傳感器等。

　　具體有：

　　明暗覺

　　檢測(cè)內(nèi)容：是否有光，亮度多少

　　應(yīng)用目的：判斷有無對(duì)象，并得到定量結(jié)果

　　傳感器件：光敏管、光電斷續(xù)器

　　色覺

　　檢測(cè)內(nèi)容：對(duì)象的色彩及濃度

　　應(yīng)用目的：利用顏色識(shí)別對(duì)象的場(chǎng)合

　　傳感器件：彩色攝像機(jī)、濾波器、彩色CCD

　　位置覺

　　檢測(cè)內(nèi)容：物體的位置、角度、距離

　　應(yīng)用目的：物體空間位置、判斷物體移動(dòng)

　　傳感器件：光敏陣列、CCD等

　　形狀覺

　　檢測(cè)內(nèi)容：物體的外形

　　應(yīng)用目的：提取物體輪廓及固有特征，識(shí)別物體

　　傳感器件：光敏陣列、CCD等

　　接觸覺

　　檢測(cè)內(nèi)容：與對(duì)象是否接觸，接觸的位置

　　應(yīng)用目的：確定對(duì)象位置，識(shí)別對(duì)象形態(tài)，控制速度，安全保障，異常停止，尋徑

　　傳感器件：光電傳感器、微動(dòng)開關(guān)、薄膜特點(diǎn)、壓敏高分子材料

　　壓覺

　　檢測(cè)內(nèi)容：對(duì)物體的壓力、握力、壓力分布

　　應(yīng)用目的：控制握力，識(shí)別握持物，測(cè)量物體彈性

　　傳感器件：壓電元件、導(dǎo)電橡膠、壓敏高分子材料

　　力覺

　　檢測(cè)內(nèi)容：機(jī)器人有關(guān)部件（如手指）所受外力及轉(zhuǎn)矩

　　應(yīng)用目的：控制手腕移動(dòng)，伺服控制，正解完成作業(yè)

　　傳感器件：應(yīng)變片、導(dǎo)電橡膠

　　接近覺

　　檢測(cè)內(nèi)容：對(duì)象物是否接近，接近距離，對(duì)象面的傾斜

　　應(yīng)用目的：控制位置，尋徑，安全保障，異常停止

　　傳感器件：光傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器、電渦流傳感器、霍爾傳感器

　　滑覺

　　檢測(cè)內(nèi)容：垂直握持面方向物體的位移，重力引起的變形

　　應(yīng)用目的：修正握力，防止打滑，判斷物體重量及表面狀態(tài)

　　傳感器件：球形接點(diǎn)式、光電旋轉(zhuǎn)傳感器、角編碼器、振動(dòng)檢測(cè)器

　　3機(jī)器人主要的傳感器

　　視覺：

　　20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)，發(fā)展十分迅速，是機(jī)器人中最重要的傳感器之一。

　　機(jī)器視覺從20世紀(jì)60年代開始首先處理積木世界，后來發(fā)展到處理室外的現(xiàn)實(shí)世界。20世紀(jì)70年代以后，實(shí)用性的視覺系統(tǒng)出現(xiàn)了。

　　視覺一般包括三個(gè)過程：圖像獲取、圖像處理和圖像理解。相對(duì)而言，圖像理解技術(shù)還很落后。

　　力覺：

　　機(jī)器人力傳感器就安裝部位來講，可以分為關(guān)節(jié)力傳感器、腕力傳感器和指力傳感器。

　　國(guó)際上對(duì)腕力傳感器的研究是從20世紀(jì)70年代開始的，主要研究單位有美國(guó)的DRAPER實(shí)驗(yàn)室、SRI研究所、IBM公司和日本的日立公司、東京大學(xué)等單位。

　　觸覺：

　　作為視覺的補(bǔ)充，觸覺能感知目標(biāo)物體的表面性能和物理特性：柔軟性、硬度、彈性、粗糙度和導(dǎo)熱性等。

　　觸覺研究從20世紀(jì)80年代初開始，到20世紀(jì)90年代初已取得了大量的成果。

　　接近覺：

　　研究它的目的是使機(jī)器人在移動(dòng)或操作過程中獲知目標(biāo)（障礙）物的接近程度，移動(dòng)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)避障，操作機(jī)器人可避免手爪對(duì)目標(biāo)物由于接近速度過快造成的沖擊。

　　聽覺：

　　（1）特定人的語音識(shí)別系統(tǒng)

　　特定人語音識(shí)別方法是將事先指定的人的聲音中的每一個(gè)字音的特征矩陣存儲(chǔ)起來，形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模板（或叫模板），然后再進(jìn)行匹配。它首先要記憶一個(gè)或幾個(gè)語音特征，而且被指定人講話的內(nèi)容也必須是事先規(guī)定好的有限的幾句話。特定人語音識(shí)別系統(tǒng)可以識(shí)別講話的人是否是事先指定的人，講的是哪一句話。

　?。?）非特定人的語音識(shí)別系統(tǒng)

　　非特定人的語音識(shí)別系統(tǒng)大致可以分為語言識(shí)別系統(tǒng)，單詞識(shí)別系統(tǒng)，及數(shù)字音（0~9）識(shí)別系統(tǒng)。非特定人的語音識(shí)別方法則需要對(duì)一組有代表性的人的語音進(jìn)行訓(xùn)練，找出同一詞音的共性，這種訓(xùn)練往往是開放式的，能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不斷的修正。在系統(tǒng)工作時(shí)，將接收到的聲音信號(hào)用同樣的辦法求出它們的特征矩陣，再與標(biāo)準(zhǔn)模式相比較。看它與哪個(gè)模板相同或相近，從而識(shí)別該信號(hào)的含義。