[科普中国]-移动机器人感应系统

基本概念

在工业领域，更多的机器人是机械手型的机器人，依靠转轴和夹持装置工作，这类机器人通常是不可移动的；而在其他领域，如军事、商业、社会工作等领域，移动机器人的应用更加广泛。无论是哪一种机器人，由其定义可知，必定需要感应系统以获得感知能力。在移动机器人中，其感知能力和移动能力是直接关联的。

移动机器人移动机器人，是指具有主动移动能力的可以主动执行工作的人造仿人机器1。

感应系统感应系统是接收外界物理、化学、生物等信号或刺激并给出相应的输出或反应的系统。可以认为是“感”和“应”的结合。

移动机器人感应系统移动机器人感应系统，是指可移动的机器人上由传感器、主控器、执行器以及其他配件组成的感应系统。

移动机器人是一个集环境感知，动态决策与规划， 行为控制与执行等多功能于一体的综合系统2，而感知通常是决策的前提和条件，所以感应系统是机器人，包括移动机器人中十分重要的系统。

移动机器人移动机器人的分类根据不同的分类依据，有不同的分类方式。

1.按工作空间：陆地机器人、水上机器人、水下机器人、空中机器人、太空机器人等；

2.按移动方式：轮式机器人、履带机器人、旋翼机器人、蛇形机器人、足式机器人等；

3.按工作性质：军用机器人、娱乐机器人、工业机器人、医疗机器人、社工机器人等；

4.按自主能力：全自主机器人、半自主机器人等。

移动机器人的体系结构移动机器人需要对环境进行感知并产生反应，比如移动，通常的体系结构分为三种2：

串级结构。该结构下，机器人对环境进行感知，对感知的信息进行处理分析后做出规划，最后根据规划的结果执行相应的动作，是一种“感知→规划→执行”的顺序串级结构；

反应结构。反应结构是指机器人根据感知信息实时做出反应，直接执行相应的动作，是为了快速反应而建立的体系结构；

学习结构。学习结构是融合了学习能力的结构体系，在反应结构的基础上，对感应的结果进行评价，根据评价判断动作的有效性，作为下次动作的指导。

感应系统感应系统的组成最基础的感应系统由三部分组成：传感器、控制器和执行器。

传感器用来完成感知，即对外界环境或刺激进行收集，包括对物理、化学、生物等信号的感知；随着传感器技术的发展，各式各样的传感器不断更新和发展，传感器可采集的信号种类和精度都大大提高。另外，有些移动机器人上会加装反馈传感器，用来从内部测量机器人的姿态/速度/加速度等。

控制器是处理器和一些外设组成的控制电路，用来对传感器采集到的信号进行分析处理，并针对处理的结果输出命令用来控制机器人执行部件的执行。

执行器就是接受控制器命令，具体执行动作的部件，常见的执行器有扬声器、灯泡、显示屏、电机、舵机等。

传感器的类别常见的传感器类别有3：

按工作机理分，有结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器等；

按供电方式分，有无源传感器和有源传感器；

按工作原理分，有电参量型、磁电式、光电式、热电式等；

按使用用途分，有温度传感器、气体传感器、光敏传感器、力敏传感器、红外传感器等。

典型应用移动机器人感应系统比较典型的作用是测量距离、速度、温度、亮度等。

如对最常见的轮式壁障机器人，采取超声波或红外传感器用来感知障碍物的存在以及距离，控制器对传感器得到的信息进行处理，当和障碍物的距离进入一定范围内后，控制器输出停止或转向命令，对应的执行器电机或舵机接收到命令停止工作或进行转向。

又比如火灾检测机器人在一定的区域内巡逻，附带的温度传感器会检测周围一定范围内的温度，并由控制器向驱动装置发出命令使得机器人向温度高的区域前进，对可能存在的火灾隐患进行排查。