[科普中国]-机器人传感系统

组成

机器人的传感系统包括视觉系统、听觉系统、触觉系统、嗅觉系统以及味觉系统等。这些传感系统由一些对图像、光线、声音、压力、气味、味道敏感的交换器即传感器组成。

视觉传感系统是机器人的各种类型的眼睛。它可以是两架电子显微镜，也可以是两台摄像机，还可以是红外夜视仪或袖珍雷达。这些视觉传感器有的通过接收可见光变为电信息，有的通过接收红外光变为电信息，有的本身就是通过电磁波形成图像。它们可以观察微观粒子或细菌世界，观看几千度高温的炉火或钢水，在黑暗中看到人看不到的东西。机器人的视觉传感系统要求可靠性高、分辨力强、维护安装简便。

听觉传感系统是一些高灵敏度的电声变换器，如各种“麦克风”，它们将各种声音信号变成电信号，然后进行处理，送入控制系统。

触觉传感系统即各种各样的机器人手，手上装有各类压敏、热敏或光敏元器件。不同用途的机器人，具有的手大不相同，如用于外科缝合手术的，用于大规模集成电路焊接和封装的，残废人的假肢，专提拿重物的大机械手，能长期在海底作业的采集矿石的地质手等。

嗅觉传感系统是一种“电子鼻”。它能分辨出多种气味，并输出一个电信号；也可以是一种半导体气敏电阻，专门对某种气体作出迅速反应。

在机器人触觉传感系统中还有各种各样的机器人脚，如人行足、四只足、有轮胎足、有履带足、蛙式足、节肢动物足，还有像蛇爬行的足等，这些“足”上都装有光敏、热敏等传感元器件。2

分类机器人的准确操作决定于对其自身状态、操作对象以及作业环境的正确认识，这完全依赖于传感系统。传感系统相当于人的感觉功能，机器人的传感系统按照功能可以分为内部传感系统和外部传感系统两部分。

内部传感系统用于检测检测机器人自身状态，如检测机器人机械执行机构的速度、姿态和空间位置等。

外部传感系统用于检测操作对象和作业环境，如机器人抓取物体的形状、物理性质，检测周围环境中是否存在障碍物等。3

由于人类80%的信息是通过眼睛(视觉系统)来获取的，因此相应的机器人传感系统可分为两大类：视觉传感与非视觉传感系统。前者以视觉光学图象作为传感信号，后者则泛指各种力、温度、声音和气味的传感。4

发展趋势第一个问题是多传感系统。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点是有效可行的多传感器算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布下的情形下的多传感器融合算法。5

另一问题就是传感系统的实用化。机器人传感系统的实用化是指其正常工作的环境易达到，为了实现实用化问题，需要提升机器人传感系统的抗干扰性等。