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生产一部智能机器人需要应用多少种传感器?

发表时间:2021-05-23 17:00【

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  机器人传感器的类型:


  有多种传感器可供选择,我们将确定几种传感器的特性,并了解它们的使用原因和使用位置。


  光线感应器


  光传感器用于检测光并产生电压差。机器人中通常使用的两个主要光传感器是光电电阻器和光伏电池。很少使用其他类型的光传感器,例如光电管,光电晶体管,CCD等。


  光敏电阻是一种类型的电阻器,其电阻随光的强度变化而变化的;更多的光导致更少的电阻,更少的光导致更大的电阻。这些便宜的传感器可以在大多数依赖光的机器人中轻松实现。


  光伏电池将太阳辐射转换成电能。如果您打算建造一个太阳能机器人,这将特别有用。尽管光伏电池被认为是一种能源,但结合了晶体管和电容器的智能实现可以将其转换为传感器。


  声音感应器


  顾名思义,该传感器(通常是麦克风)会检测声音并返回与声级成正比的电压。可将一个简单的机器人设计为根据其接收到的声音进行导航。想象一下,一个机器人向右转一拍,向左转两拍。复杂的机器人可以使用同一麦克风进行语音和语音识别。


  实施声音传感器并不像光传感器那样容易,因为声音传感器会产生很小的电压差,应将其放大以产生可测量的电压变化。


  温度感应器


  如果您的机器人必须在沙漠中工作并传递环境温度怎么办?简单的解决方案是使用温度传感器。微小的温度传感器IC为温度变化提供电压差。很少使用的温度传感器IC是LM34,LM35,TMP35,TMP36和TMP37。


  接触式传感器


  接触传感器是那些需要与其他物体发生物理接触才能触发的传感器。按钮开关,限位开关或触感保险杠开关都是接触式传感器的示例。这些传感器主要用于避障机器人。当这些开关碰到障碍物时,它会触发机器人执行某项任务,该任务可能是倒车,转动,打开LED,停止等。还有一些电容式接触传感器仅对人的触摸有反应(不确定它们是否对人的反应做出反应)动物触摸)。触摸屏如今可用的智能手机使用电容式触摸传感器(不要与基于触控笔的旧型号混淆)。接触式传感器可以轻松实现,但缺点是它们需要物理接触。换句话说,您的机器人只有在碰到物体后才会转动。更好的替代方法是使用接近传感器。


  接近传感器


  这是一种传感器,可以在给定距离内检测到附近物体的存在,而无需任何物理接触。接近传感器的工作原理很简单。发射器发射电磁辐射或产生静电场,而接收器接收并分析返回信号是否中断。接近传感器有不同类型,我们将仅讨论其中几种通常用于机器人的传感器。


  1.红外(IR)收发器:红外LED发出一束红外光,如果发现障碍物,该光将被简单地反射回去,并由IR接收器捕获。很少有IR收发器也可以用于距离测量。


  2.超声波传感器:这些传感器会产生高频声波。收到的回声表明物体中断。超声波传感器也可以用于距离测量。


  3.光敏电阻:光敏电阻是一种光传感器;但是,它仍然可以用作接近传感器。当物体靠近传感器时,光量会发生变化,进而改变光敏电阻的电阻。可以检测到并处理此更改。


  有很多不同种类的接近传感器,对于机器人来说,通常只有少数几个是首选的。例如,可以使用电容式接近传感器来检测周围的电容变化。感应式接近传感器通过使用感应磁场来检测物体和距离。


  距离感应器


  大多数接近传感器也可以用作距离传感器,或通常称为范围传感器;红外收发器和超声波传感器最适合距离测量


  1.超声波距离传感器:传感器发出超声波脉冲并被接收器捕获。由于空气中的声音速度几乎恒定,为344m/s,因此计算发送和接收之间的时间即可得出机器人与障碍物之间的距离。超声波距离传感器对于水下机器人特别有用。


  2.红外距离传感器:红外电路是根据三角测量原理设计的,用于距离测量。发射器发送一个IR信号脉冲,如果有障碍物,则由接收器检测到,并根据接收信号的角度计算距离。SHARP拥有一系列IR收发器,它们对于距离测量非常有用。使用几个发送器和接收器进行简单的发送和接收仍可以完成距离测量,但是如果需要精度,则最好使用三角测量法


  3.激光距离传感器透射激光,捕获并分析反射光。通过计算光速和光反射回接收器所花费的时间来测量距离。这些传感器对于较长距离非常有用。


  4.编码器:这些传感器(实际上不是传感器,而是不同组件的组合)将轴或车轮的角位置转换为模拟或数字代码。最受欢迎的编码器是光学编码器,它包括转盘,光源和光检测器(通常是红外发射器和红外接收器)。旋转盘上涂有或印刷有透明和不透明的图案(或只有黑白图案)。当磁盘与轮子一起旋转时,发出的光会中断,从而产生信号输出。发生中断的次数和轮子的直径可以共同给出机器人行进的距离。


  5.立体摄像机:两个彼此相邻放置的摄像机可以利用其立体视觉提供深度信息。对于具有最小处理能力和内存的机器人来说,处理从相机接收到的数据是困难的。如果选择,它们将为您的机器人增添宝贵的力量。


  还有其他拉伸和弯曲传感器也可以测量距离。但是,它们的范围非常有限,以至于几乎对移动机器人毫无用处。


  压力传感器


  顾名思义,压力传感器可测量压力。触觉压力传感器对触摸,力和压力敏感,因此在机器人技术中非常有用。如果您设计了机械手,并且需要测量握住物体所需的抓握力和压力,那么这就是您要使用的方式。


  倾斜传感器


  倾斜传感器测量物体的倾斜。在典型的模拟倾斜传感器中,少量汞悬浮在玻璃灯泡中。当汞流向一端时,它会闭合一个开关,这表明倾斜。


  导航/定位传感器


  这个名字说明了一切。定位传感器用于估计机器人的位置,其中一些用于室内定位,而其他一些则用于室外定位。


  GPS(全球定位系统):最常用的定位传感器是GPS。绕地球运行的卫星发送信号,而机器人上的接收器则获取这些信号并进行处理。处理后的信息可用于确定机器人的大概位置和速度。这些GPS系统对室外机器人非常有帮助,但在室内会失效。它们现在也很昂贵,如果价格下降,很快您就会看到大多数带有GPS模块的机器人。


  数字电磁罗盘:与手持式电磁罗盘类似,数字电磁罗盘可利用地球磁场提供方向性测量,从而以正确的方向引导机器人到达目的地。与GPS模块相比,这些传感器价格便宜,但如果同时需要位置反馈和导航,则指南针与GPS模块一起使用效果最佳。飞利浦KMZ51足够灵敏,可以检测地球的磁场。


  本地化:本地化是指在复杂环境中自动确定机器人位置的任务。本地化基于称为地标的外部元素,可以是人工放置的地标,也可以是自然地标。在第一种方法中,将人造地标或信标放置在机器人周围,并且机器人的传感器捕获这些信号以确定其确切位置。自然地标可以是门,窗,墙等,这些都可以由机器人传感器/视觉系统(相机)感测到。可以使用生成Wi-Fi,蓝牙,超声波,红外,无线电传输,可见光或任何类似信号的信标来实现本地化。


  加速度传感器


  加速度计是一种测量加速度和倾斜度的设备。有两种可能会影响加速度计的力:静态力和动态力


  静力:静力是任何两个对象之间的摩擦力。例如,地球的重力是静态的,它将物体拉向它。测量此重力可以告诉您机器人的倾斜角度。此测量在平衡机器人中非常有用,或者可以告诉您机器人是在上坡行驶还是在平坦的地面上行驶。


  动态力:动态力是移动物体所需的加速度。使用加速度计测量该动态力可以告诉您机器人运动的速度/速度。如果需要,我们还可以使用加速度计来测量机器人的振动。


  加速度计具有不同的风格。始终选择最适合您的机器人的机器人。选择加速度计之前需要考虑的一些因素是:


  输出类型:模拟或数字


  轴数:1,2或3


  加速度计摆幅:±1.5g,±2g,±4g,±8g,±16g


  灵敏度:更高或更低(越高越好)


  带宽


  陀螺仪


  陀螺仪或简称为陀螺仪是一种利用角动量原理测量并帮助保持方向的设备。换句话说,陀螺仪用于测量围绕特定轴的旋转速率。当您希望机器人不依赖地球重力来保持方向时,陀螺仪特别有用。(与加速度计不同)


  国际货币联盟


  惯性测量单元结合了两个或多个传感器的特性,例如加速度计,陀螺仪,磁力计等,以测量方向,速度和重力。简而言之,IMU能够通过检测物体方向(俯仰,滚动和偏航),速度和重力的变化来提供反馈。很少有IMU走得更远,并结合提供位置反馈的GPS设备。


  电压传感器


  电压传感器通常将较低的电压转换为较高的电压,反之亦然。一个示例是一种通用运算放大器(Op-Amp),它可以接收低电压,对其进行放大,然后生成较高的电压输出。很少使用电压传感器来找到两端之间的电位差(电压比较器)。甚至一个简单的LED都可以充当电压传感器,该电压传感器可以检测电压差并点亮。(此处未考虑当前要求)


  电流传感器


  电流传感器是电子电路,用于监视电路中的电流并输出成比例的电压或电流。大多数电流传感器输出的模拟电压在0V至5V之间,可以使用微控制器进行进一步处理。


  其他机器人传感器


  如今,有数百种传感器可以感知几乎所有您能想到的东西,并且几乎不可能列出所有可用的传感器。除了上面提到的那些传感器外,还有许多其他传感器用于特定应用。例如:湿度传感器可测量湿度;气体传感器设计用于检测特定气体(对于检测气体泄漏的机器人很有帮助);电位器用途广泛,可用于多种不同的应用中。磁场传感器检测周围的磁场强度。


  结论


  可以使用一对光敏电阻或一个红外传感器来构建一个简单的避障机器人。机器人越复杂,倾向于使用的传感器数量就越多。单个任务可能需要结合使用不同的传感器,或者可以使用单个传感器来完成不同的任务。有时,可以从许多可用传感器中的任何一个执行任务。根据可用性,成本和易用性来确定最佳传感器。

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