机器人传感器：类型和应用揭晓

      对于机器人来说，要像人类一样有效地与世界互动并完成任务，它们需要的不仅仅是编程和处理能力。

      就像我们自己的五种感官一样，机器人依靠各种机器人传感器来感知环境、收集数据并做出明智的决策。这些机器人传感器在机器人导航、物体操纵甚至通信中发挥着至关重要的作用。

      但机器人有哪些传感器以及机器人如何使用这些传感器呢？机器人上的传感器如何工作？

      在本文中，我们将回答这些问题，同时深入研究不同类型的机器人传感器，探索它们在不同行业的应用，并强调它们在我们与自动化不断发展的关系中发挥的关键作用。

      机器人传感器如何工作？

      从本质上讲，所有机器人传感器都按照转换的基本原理运行， 即将一种形式的能量转换为另一种形式的能量。

      测量特定类型的能量，相应的输出信号根据机器人传感器的不同而变化。例如，温度传感器可能利用材料因热而产生的电阻变化（电到电），而相机则将光能转换为电信号（光到电）。

      无论具体细节如何，核心概念都是相同的：传感器检测物理现象，将其转换为电信号，并传输该信息以进行进一步处理和解释。

      经过处理的数据成为感官输入，使机器人和其他自动化系统能够感知 周围的世界并与之互动。

      机器人传感器的类型及应用

      让我们详细探讨机器人拥有哪些传感器以及它们如何使用这些传感器。

      光传感器

        • 光敏电阻：这些是光敏电阻，其电阻根据接收到的光强度而变化。随着光强度的增加，电阻减小，反之亦然。光敏机器人的控制系统可以测量电阻的变化，以确定环境中的光照水平。

        • 光电二极管：这些半导体器件将光转换成电流。产生的电流量与落在光电二极管上的光强度成正比。这使得光传感机器人不仅可以检测光的存在，还可以测量其强度。

        • 光电晶体管：与光电二极管类似，这些光敏晶体管利用光来控制流经器件的电流。通过测量电流的变化，机器人可以检测光的存在或不存在。

      光传感器的应用：

      光传感器的多功能性使其对于各种机器人任务都很有价值，包括：

        • 避障：配备光传感器的机器人可以检测障碍物引起的光强度变化，使其能够安全导航并避免碰撞。

        • 线路跟踪：通过跟踪具有对比光反射率的线路，机器人可以沿着工厂或其他受控环境中的特定路径导航。

        • 光级监控：光传感器可用于测量环境光条件并相应地触发操作，例如在弱光情况下打开前灯或调整相机设置以获得最佳图像捕获。

        • 物体检测：在某些情况下，光传感器可用于根据物体的反射特性来区分物体，从而帮助完成基本的物体识别任务。 

      视觉传感器

        • 相机：与我们的眼睛类似，相机使用图像传感器捕获光信息。然后处理这些数据以创建数字图像，使机器人能够“看到”周围的环境并识别物体。

        • 激光雷达：该技术利用激光通过发射脉冲光束并检测反射光来测量到物体的距离。通过计算光线传播所需的时间，LiDAR 可创建环境的 3D 地图。

      视觉机器人传感器的应用：

      相机充当机器人的眼睛，使它们能够识别物体、导航、操纵物体、检查产品以及通过视觉提示与人类互动。 

      机器人可以区分物体，根据其视觉特征对其进行分类，甚至可以读取标签或代码。目前物体识别主要由人工智能算法来完成。 

      此外，通过处理视觉数据，机器人可以绘制环境图、自主导航并安全地避开路径中的障碍物。此外，视觉机器人传感器与力传感器相结合，引导机器人精确抓取和操纵物体，确保准确搬运并避免损坏。

      接近和距离传感器：

        • 红外 (IR) 传感器： 这些传感器发射并检测人眼不可见的红外辐射。通过测量反射或接收的红外波，他们无需物理接触即可确定附近物体的存在和接近程度。

        • 超声波传感器： 受大自然回声定位的启发，这些机器人传感器发出高频声波并测量回声返回所需的时间。这使他们能够计算到其范围内的物体的距离。

      接近和距离传感器的应用

      这些传感器通过以下方式帮助机器人避免碰撞并导航周围环境：

        • 无需身体接触即可检测附近的物体。

        • 测量到障碍物和其他物体的距离。

        • 在各种环境下实现安全导航。

      环境传感器：

        • 温度传感器： 这些设备利用热敏电阻或电阻温度检测器 (RTD) 等各种原理将温度变化转换为电信号。这些信息可帮助机器人监控环境温度，以执行环境控制或防止过热等任务。

        • 压力传感器： 通过测量施加在特定区域上的力，压力传感器可以检测各种因素，例如物体抓握力、流体压力，甚至地面状况。他们经常利用压电材料来产生与施加的压力成比例的电压。

      环境传感器的应用

      这些机器人传感器监测各种环境因素，使机器人能够：

        • 适应不断变化的条件，例如温度或压力。例如，温度传感器经常用于过热保护，压力传感器经常用于地形传感。

        • 收集环境监测或机器人健康状况等任务的数据。

        • 根据周围环境做出明智的决定。

      惯性测量单元 (IMU)：

      这些紧凑的设备结合了多个机器人传感器，如加速度计、陀螺仪，有时还有磁力计。

        • 加速度计： 测量机器人在不同方向上的加速度，使其能够感知运动、倾斜和振动。

        • 陀螺仪：检测绕轴的旋转速率，帮助机器人保持平衡和稳定。

        • 磁力计： 感应地球磁场，为机器人提供用于导航目的的方向信息。

      IMU 的应用：

      这些机器人传感器的综合数据以多种方式为机器人提供支持：

        • 导航和稳定： IMU 对于机器人在运动过程中保持平衡和方向至关重要，从而实现自主导航、无人机飞行控制和自平衡机器人等任务。

        • 运动跟踪和控制：通过提供加速度和旋转数据，IMU 可以对机械臂操作或物体抓取等任务进行精确的运动跟踪和控制。

        • 航位推算： 在 GPS 不可用的情况下，IMU 可用于航位推算，根据机器人之前的运动和传感器数据估计机器人的位置。 

      力-扭矩传感器：

      这些专用传感器充当机器人的“触摸”，使它们能够感知施加在其上的力和扭矩并做出响应。 

      力-扭矩机器人传感器 通常利用应变计或压电元件等各种技术。当力或扭矩施加到机器人传感器时，这些元件会经历物理变形，并转化为电信号。该信号的大小对应于所施加的力或扭矩的强度。 

      这些信息对于精细的物体操作、安全的人机交互和地形感知等任务至关重要。

      力-扭矩传感器的应用：

      感知力和扭矩的能力为机器人带来了广泛的应用，使它们能够：

        • 精确处理精致的物体，防止操作过程中损坏。

        • 根据施加的力调整动作，与人类安全协作。

        • 以一致的压力执行表面精加工任务，以获得最佳结果。

        • 通过感知地面状况并调整动作来导航崎岖地形。

        • 通过在手术过程中提供有关施加力的反馈来提高手术精度和安全性。

      触摸的力量：Bota 系统和力-扭矩传感器

      在机器人感知领域，触觉对于实现与物理世界的安全和精确交互起着至关重要的作用。 

      Bota Systems 等公司处于该领域的前沿，开发了高性能且经济高效的力扭矩传感器，例如LaxONE 和 SensONE。 

      这些传感器使机器人能够测量施加在其上的力和扭矩，从而实现精细的物体操纵、安全的人机协作、增强的表面光洁度和改进的地形传感能力。 

      Bota Systems 对经济实惠和用户友好的解决方案的承诺使其力扭矩技术可供更广泛的行业使用，从而促进将这种重要的感官模式集成到各种机器人应用中。

      结论

      从视觉传感器的复杂“眼睛”到力扭矩传感器的敏感“触摸”，不同的机器人传感器为机器人提供了导航、交互和适应现实世界复杂性所需的感知能力。 

      随着传感器技术的不断发展并与人工智能的进步融合，机器人将获得更加复杂的感知能力。

      机器人传感器相关产品

        • 3DM-CV7-AHRS 战术级 OEM IMU/AHRS

        • 3DM-GX5-GNSS/AHRS 高性能 GNSS 导航传感器

        • 3DM-GX5-AHRS 高性能姿态参考传感器

        • Bota Systems MiniONE Pro 6 轴力扭矩传感器

        • Bota Systems Rokubi FT 6 轴力扭矩传感器

        • Bota Systems LaxONE FT 6轴力扭矩传感器

        • Adin Robotics AFT20-D15 超小型六轴力/扭矩传感器