目前在智能機(jī)器人中起主要作用的幾種關(guān)鍵傳感器技術(shù)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(huán)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(dāng)今消費(fèi)者,服務(wù)專業(yè),社會甚至工業(yè)機(jī)器人中最廣泛使用的傳感器技術(shù)之一。如今,消費(fèi)者,服務(wù)專業(yè)人士或社交機(jī)器人中的幾乎每個關(guān)節(jié)都使用兩個或多個磁性角度位置傳感器IC.
對于每個運(yùn)動軸或關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn),至少使用一個磁性角度位置傳感器。當(dāng)今許多機(jī)器人都使用小型但功能強(qiáng)大的無刷直流電動機(jī)(BLDC)來移動機(jī)器人的關(guān)節(jié)和四肢。為了正確驅(qū)動電動機(jī),需要電動機(jī)位置反饋。
另外,機(jī)器人關(guān)節(jié)的閉環(huán)電機(jī)控制也需要關(guān)節(jié)齒輪角度位置反饋。因此,對于機(jī)器人關(guān)節(jié),在每個運(yùn)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(lián)合電動機(jī)控制器提供電動機(jī)換向反饋。
帶有磁性位置傳感器的機(jī)械臂
例如,對于需要在俯仰和滾動中都進(jìn)行軸向運(yùn)動的機(jī)器人腳踝,總共使用四個磁性位置傳感器。通過每個關(guān)節(jié)具有這種類型的多重連接,以及對大多數(shù)機(jī)器人所需的大量關(guān)節(jié)的認(rèn)識,就明白為什么磁性角位置傳感器在當(dāng)今最新的機(jī)器人產(chǎn)品中如此多產(chǎn)。
存在傳感器
如今,幾種在場傳感器技術(shù)已被集成到當(dāng)今的機(jī)器人中,并且它們的信息也被融合在一起,以提供機(jī)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(xiàn)在當(dāng)今的許多新型消費(fèi)者和專業(yè)服務(wù)機(jī)器人中。
但是,包括光檢測和測距(LIDAR)傳感器在內(nèi)的飛行時間傳感器等新的先進(jìn)傳感器技術(shù)也越來越多地部署在機(jī)器人中。LIDAR提供了機(jī)器人正在操作的空間和周圍環(huán)境的高分辨率3D映射,以便它可以更好地執(zhí)行任務(wù)并四處移動。
激光雷達(dá)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(tǒng)的汽車中的對等設(shè)備一樣,機(jī)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(jī)器人和人類中。
此外,他們可以在執(zhí)行主要功能任務(wù)的機(jī)器人中扮演角色。因此,超聲波傳感器在近場導(dǎo)航和避障方面發(fā)揮著重要作用,最終提供了整體上改善的機(jī)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,并且最大方向錐大約為30°。它們的成本相對較低,并且在近距離范圍內(nèi)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(jī)器人的干擾,這些機(jī)器人使用調(diào)諧到相同頻率的超聲波傳感器。但是,當(dāng)與其他存在傳感器結(jié)合使用時,它們可以提供有用且可靠的位置信息。
當(dāng)所有這些存在傳感器(2D / 3D攝像頭,激光雷達(dá)和超聲波)數(shù)據(jù)融合在一起時,正如我們現(xiàn)在開始在高端消費(fèi)/專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人中所看到的那樣,這些機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)空間感知,并移動和執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù),而不會損壞自己,人員或周圍環(huán)境。
手勢傳感器
手勢傳感器也越來越多地集成到當(dāng)今一些最復(fù)雜的機(jī)器人中,以幫助提供用戶界面命令。手勢傳感器技術(shù)包括光學(xué)傳感器和機(jī)器人操作員佩戴的控制臂帶傳感器。
使用基于光學(xué)的手勢傳感器,可以訓(xùn)練機(jī)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(zhí)行某些任務(wù)。這些類型的手勢傳感器在家庭或醫(yī)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(jī)會。
使用臂帶控制傳感器,佩戴者可以根據(jù)操作員如何移動和打手勢自己的手臂來通信和控制協(xié)作,工業(yè),醫(yī)療或軍事機(jī)器人,以執(zhí)行和/或模仿某些任務(wù)。例如,外科醫(yī)生在每條手臂上都戴上臂章傳感器,可以控制一對遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人手臂進(jìn)行手術(shù),可能遠(yuǎn)至地球另一側(cè)。
力扭矩傳感器
力扭矩傳感器也越來越多地用于當(dāng)今的下一代機(jī)器人中。力扭矩傳感器不僅用于機(jī)器人的末端執(zhí)行器和夾具,而且現(xiàn)在還用于機(jī)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(jiān)視肢體速度運(yùn)動,檢測障礙物并向機(jī)器人的中央處理器提供安全警報。
例如,當(dāng)機(jī)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(chǎn)生的突然而意外的力時,其控制安全軟件可能會導(dǎo)致手臂停止運(yùn)動并縮回其位置。