當今機器人中采用的關鍵傳感器技術

在當今機器人中起主要作用的幾種關鍵傳感器技術包括磁性位置傳感器，存在傳感器，手勢傳感器，力扭矩傳感器，環境傳感器和電源管理傳感器。

  磁性位置傳感器

  磁性角度位置傳感器集成電路（IC）是當今消費者，服務專業，社會甚至工業機器人中較為常用使用的傳感器技術之一。如今，消費者，服務專業人士或社交機器人中的幾乎每個關節都使用兩個或多個磁性角度位置傳感器IC.

  對于每個運動軸或關節旋轉，至少使用一個磁性角度位置傳感器。當今許多機器人都使用小型但功能強大的無刷直流電動機（BLDC）來移動機器人的關節和四肢。為了正確驅動電動機，需要電動機位置反饋。

  另外，機器人關節的閉環電機控制也需要關節齒輪角度位置反饋。因此，對于機器人關節，在每個運動軸上都需要兩個磁性角位置傳感器，磁性角度位置傳感器IC能向聯合電動機控制器提供電動機換向反饋。  帶有磁性位置傳感器的機械臂

  例如，對于需要在俯仰和滾動中都進行軸向運動的機器人腳踝，總共使用四個磁性位置傳感器。通過每個關節具有這種類型的多重連接，以及對大多數機器人所需的大量關節的認識，就明白為什么磁性角位置傳感器在當今的機器人產品中如此多產。

  存在傳感器

  如今，幾種在場傳感器技術已被集成到當今的機器人中，并且它們的信息也被融合在一起，以提供機器人空間視覺感測以及物體檢測和躲避。2D和3D立體視覺攝像頭普遍出現在當今的許多新型消費者和專業服務機器人中。

  但是，包括光檢測和測距（LIDAR）傳感器在內的飛行時間傳感器等新的先進傳感器技術也越來越多地部署在機器人中。LIDAR提供了機器人正在操作的空間和周圍環境的高分辨率3D映射，以便它可以更好地執行任務并四處移動。  激光雷達映射

  類似地，超聲傳感器被用于存在感測。像備用時用于安全警報系統的汽車中的對等設備一樣，機器人中的超聲波傳感器用于檢測附近的障礙物，并防止它們撞到墻壁，物體，其他機器人和人類中。

  此外，他們可以在執行主要功能任務的機器人中扮演角色。因此，超聲波傳感器在近場導航和避障方面發揮著重要作用，提供了整體上改善的機器人性能和安全性。

  但是，超聲波傳感器的范圍有限，從大約一厘米到幾米不等，并且比較大方向錐大約為30°。它們的成本相對較低，并且在近距離范圍內具有良好的精度，但是其精度會隨著范圍和測量角度的增加而下降。

  它們還容易受到溫度和壓力變化的影響，并且容易受到其他近距離機器人的干擾，這些機器人使用調諧到相同頻率的超聲波傳感器。但是，當與其他存在傳感器結合使用時，它們可以提供有用且可靠的位置信息。

  當所有這些存在傳感器（2D / 3D攝像頭，激光雷達和超聲波）數據融合在一起時，正如我們現在開始在消費/專業服務機器人和工業機器人中所看到的那樣，這些機器人能夠實現空間感知，并移動和執行更復雜的任務，而不會損壞自己，人員或周圍環境。

  手勢傳感器

  手勢傳感器也越來越多地集成到當今一些復雜的機器人中，以幫助提供用戶界面命令。手勢傳感器技術包括光學傳感器和機器人操作員佩戴的控制臂帶傳感器。

  使用基于光學的手勢傳感器，可以訓練機器人識別特定的手部動作并基于特定的手勢或手部動作執行某些任務。這些類型的手勢傳感器在家庭或醫院為殘疾人和有限的通信能力以及智能工廠提供了許多機會。

  使用臂帶控制傳感器，佩戴者可以根據操作員如何移動自己的手臂來通信和控制協作，工業，醫療機器人，以執行和/或模仿某些任務。例如，外科醫生在每條手臂上都戴上臂章傳感器，可以控制一對遠程醫療機器人手臂進行手術，可能遠至地球另一側。

  力扭矩傳感器

  力扭矩傳感器也越來越多地用于當今的下一代機器人中。力扭矩傳感器不僅用于機器人的末端執行器和夾具，而且現在還用于機器人的其他部分，例如，軀干，手臂，腿部和頭部。這些特殊的力扭矩傳感器用于監視肢體速度運動，檢測障礙物并向機器人的處理器提供安全警報。

  例如，當機器人手臂中的力扭矩傳感器檢測到由于手臂撞擊物體而產生的突然而意外的力時，其控制安全軟件可能會導致手臂停止運動并縮回其位置。

  力扭矩傳感器還與存在傳感器以及其他安全監視傳感器（例如環境傳感器）配合使用，以提供總體安全區域監視功能。

  環境傳感器

  各種環境傳感器也正在進入工業和消費機器人領域。可以檢測有關空氣質量的VOC（揮發性有機化合物）的環境傳感器，溫度和濕度傳感器，壓力傳感器，甚至可以檢測照明的傳感器。這些傳感器不僅有助于確保機器人可以繼續有效且安全地運行，而且還可以使機器人本地人員意識到不安全的環境條件。

  電源管理傳感器

  電源管理傳感器還集成到當今的自動機器人中，以幫助延長機器人在兩次充電之間的工作時間，并確保鋰離子電池（當今自動機器人中較為常見的電池）在使用時不會過熱充電或耗盡。參見圖4.0.

  電源管理傳感器還用于電壓調節以及機器人關節電機的電源和熱管理領域。所有機載機器人電子設備，例如微處理器，傳感器和執行器，都需要低噪聲紋波電源和調節功能，以確保它們高效且正確地工作。

  用于機器人電源管理的傳感器解決方案包括用于電池放電和充電的庫侖計數，用于電壓調節器的精確可靠的過熱監控傳感器以及電池管理設備中的電流傳感器。

  由于所有這些新傳感器技術的集成和融合，當今的機器人可以更加安全地運行。此外，由于在計算能力，軟件和人工智能方面的顯著改進，并且與這些新的傳感器技術協同工作，這種下一代機器人可以更輕松地適應各種應用需求。

  而且，他們可以比前任更準確，更快地執行任務。他們可以在不同的家庭，企業和制造環境中與人類進行更高效，協作和安全的操作和工作。