機(jī)器人傳感器的類型：

　　有多種傳感器可供選擇，我們將確定幾種傳感器的特性，并了解它們的使用原因和使用位置。

　　光線感應(yīng)器

　　光傳感器用于檢測光并產(chǎn)生電壓差。機(jī)器人中通常使用的兩個(gè)主要光傳感器是光電電阻器和光伏電池。很少使用其他類型的光傳感器，例如光電管，光電晶體管，CCD等。

　　光敏電阻是一種類型的電阻器，其電阻隨光的強(qiáng)度變化而變化的;更多的光導(dǎo)致更少的電阻，更少的光導(dǎo)致更大的電阻。這些便宜的傳感器可以在大多數(shù)依賴光的機(jī)器人中輕松實(shí)現(xiàn)。

　　光伏電池將太陽輻射轉(zhuǎn)換成電能。如果您打算建造一個(gè)太陽能機(jī)器人，這將特別有用。盡管光伏電池被認(rèn)為是一種能源，但結(jié)合了晶體管和電容器的智能實(shí)現(xiàn)可以將其轉(zhuǎn)換為傳感器。

　　聲音感應(yīng)器

　　顧名思義，該傳感器（通常是麥克風(fēng)）會(huì)檢測聲音并返回與聲級成正比的電壓?？蓪⒁粋€(gè)簡單的機(jī)器人設(shè)計(jì)為根據(jù)其接收到的聲音進(jìn)行導(dǎo)航。想象一下，一個(gè)機(jī)器人向右轉(zhuǎn)一拍，向左轉(zhuǎn)兩拍。復(fù)雜的機(jī)器人可以使用同一麥克風(fēng)進(jìn)行語音和語音識別。

　　實(shí)施聲音傳感器并不像光傳感器那樣容易，因?yàn)槁曇魝鞲衅鲿?huì)產(chǎn)生很小的電壓差，應(yīng)將其放大以產(chǎn)生可測量的電壓變化。

　　溫度感應(yīng)器

　　如果您的機(jī)器人必須在沙漠中工作并傳遞環(huán)境溫度怎么辦？簡單的解決方案是使用溫度傳感器。微小的溫度傳感器IC為溫度變化提供電壓差。很少使用的溫度傳感器IC是LM34，LM35，TMP35，TMP36和TMP37。

　　接觸式傳感器

　　接觸傳感器是那些需要與其他物體發(fā)生物理接觸才能觸發(fā)的傳感器。按鈕開關(guān)，限位開關(guān)或觸感保險(xiǎn)杠開關(guān)都是接觸式傳感器的示例。這些傳感器主要用于避障機(jī)器人。當(dāng)這些開關(guān)碰到障礙物時(shí)，它會(huì)觸發(fā)機(jī)器人執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)，該任務(wù)可能是倒車，轉(zhuǎn)動(dòng)，打開LED，停止等。還有一些電容式接觸傳感器僅對人的觸摸有反應(yīng)（不確定它們是否對人的反應(yīng)做出反應(yīng)）動(dòng)物觸摸）。觸摸屏如今可用的智能手機(jī)使用電容式觸摸傳感器（不要與基于觸控筆的舊型號混淆）。接觸式傳感器可以輕松實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)是它們需要物理接觸。換句話說，您的機(jī)器人只有在碰到物體后才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。更好的替代方法是使用接近傳感器。

　　接近傳感器

　　這是一種傳感器，可以在給定距離內(nèi)檢測到附近物體的存在，而無需任何物理接觸。接近傳感器的工作原理很簡單。發(fā)射器發(fā)射電磁輻射或產(chǎn)生靜電場，而接收器接收并分析返回信號是否中斷。接近傳感器有不同類型，我們將僅討論其中幾種通常用于機(jī)器人的傳感器。

　　1.紅外（IR）收發(fā)器：紅外LED發(fā)出一束紅外光，如果發(fā)現(xiàn)障礙物，該光將被簡單地反射回去，并由IR接收器捕獲。很少有IR收發(fā)器也可以用于距離測量。

　　2.超聲波傳感器：這些傳感器會(huì)產(chǎn)生高頻聲波。收到的回聲表明物體中斷。超聲波傳感器也可以用于距離測量。

　　3.光敏電阻：光敏電阻是一種光傳感器；但是，它仍然可以用作接近傳感器。當(dāng)物體靠近傳感器時(shí)，光量會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而改變光敏電阻的電阻?？梢詸z測到并處理此更改。

　　有很多不同種類的接近傳感器，對于機(jī)器人來說，通常只有少數(shù)幾個(gè)是首選的。例如，可以使用電容式接近傳感器來檢測周圍的電容變化。感應(yīng)式接近傳感器通過使用感應(yīng)磁場來檢測物體和距離。

　　距離感應(yīng)器

　　大多數(shù)接近傳感器也可以用作距離傳感器，或通常稱為范圍傳感器；紅外收發(fā)器和超聲波傳感器最適合距離測量

　　1.超聲波距離傳感器：傳感器發(fā)出超聲波脈沖并被接收器捕獲。由于空氣中的聲音速度幾乎恒定，為344m/s，因此計(jì)算發(fā)送和接收之間的時(shí)間即可得出機(jī)器人與障礙物之間的距離。超聲波距離傳感器對于水下機(jī)器人特別有用。

　　2.紅外距離傳感器：紅外電路是根據(jù)三角測量原理設(shè)計(jì)的，用于距離測量。發(fā)射器發(fā)送一個(gè)IR信號脈沖，如果有障礙物，則由接收器檢測到，并根據(jù)接收信號的角度計(jì)算距離。SHARP擁有一系列IR收發(fā)器，它們對于距離測量非常有用。使用幾個(gè)發(fā)送器和接收器進(jìn)行簡單的發(fā)送和接收仍可以完成距離測量，但是如果需要精度，則最好使用三角測量法

　　3.激光距離傳感器：透射激光，捕獲并分析反射光。通過計(jì)算光速和光反射回接收器所花費(fèi)的時(shí)間來測量距離。這些傳感器對于較長距離非常有用。

　　4.編碼器：這些傳感器（實(shí)際上不是傳感器，而是不同組件的組合）將軸或車輪的角位置轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字代碼。最受歡迎的編碼器是光學(xué)編碼器，它包括轉(zhuǎn)盤，光源和光檢測器（通常是紅外發(fā)射器和紅外接收器）。旋轉(zhuǎn)盤上涂有或印刷有透明和不透明的圖案（或只有黑白圖案）。當(dāng)磁盤與輪子一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)出的光會(huì)中斷，從而產(chǎn)生信號輸出。發(fā)生中斷的次數(shù)和輪子的直徑可以共同給出機(jī)器人行進(jìn)的距離。

　　5.立體攝像機(jī)：兩個(gè)彼此相鄰放置的攝像機(jī)可以利用其立體視覺提供深度信息。對于具有最小處理能力和內(nèi)存的機(jī)器人來說，處理從相機(jī)接收到的數(shù)據(jù)是困難的。如果選擇，它們將為您的機(jī)器人增添寶貴的力量。

　　還有其他拉伸和彎曲傳感器也可以測量距離。但是，它們的范圍非常有限，以至于幾乎對移動(dòng)機(jī)器人毫無用處。

　　壓力傳感器

　　顧名思義，壓力傳感器可測量壓力。觸覺壓力傳感器對觸摸，力和壓力敏感，因此在機(jī)器人技術(shù)中非常有用。如果您設(shè)計(jì)了機(jī)械手，并且需要測量握住物體所需的抓握力和壓力，那么這就是您要使用的方式。

　　傾斜傳感器

　　傾斜傳感器測量物體的傾斜。在典型的模擬傾斜傳感器中，少量汞懸浮在玻璃燈泡中。當(dāng)汞流向一端時(shí)，它會(huì)閉合一個(gè)開關(guān)，這表明傾斜。

　　導(dǎo)航/定位傳感器

　　這個(gè)名字說明了一切。定位傳感器用于估計(jì)機(jī)器人的位置，其中一些用于室內(nèi)定位，而其他一些則用于室外定位。

　　GPS（全球定位系統(tǒng)）：最常用的定位傳感器是GPS。繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星發(fā)送信號，而機(jī)器人上的接收器則獲取這些信號并進(jìn)行處理。處理后的信息可用于確定機(jī)器人的大概位置和速度。這些GPS系統(tǒng)對室外機(jī)器人非常有幫助，但在室內(nèi)會(huì)失效。它們現(xiàn)在也很昂貴，如果價(jià)格下降，很快您就會(huì)看到大多數(shù)帶有GPS模塊的機(jī)器人。

　　數(shù)字電磁羅盤：與手持式電磁羅盤類似，數(shù)字電磁羅盤可利用地球磁場提供方向性測量，從而以正確的方向引導(dǎo)機(jī)器人到達(dá)目的地。與GPS模塊相比，這些傳感器價(jià)格便宜，但如果同時(shí)需要位置反饋和導(dǎo)航，則指南針與GPS模塊一起使用效果最佳。飛利浦KMZ51足夠靈敏，可以檢測地球的磁場。

　　本地化：本地化是指在復(fù)雜環(huán)境中自動(dòng)確定機(jī)器人位置的任務(wù)。本地化基于稱為地標(biāo)的外部元素，可以是人工放置的地標(biāo)，也可以是自然地標(biāo)。在第一種方法中，將人造地標(biāo)或信標(biāo)放置在機(jī)器人周圍，并且機(jī)器人的傳感器捕獲這些信號以確定其確切位置。自然地標(biāo)可以是門，窗，墻等，這些都可以由機(jī)器人傳感器/視覺系統(tǒng)（相機(jī)）感測到?？梢允褂蒙蒞i-Fi，藍(lán)牙，超聲波，紅外，無線電傳輸，可見光或任何類似信號的信標(biāo)來實(shí)現(xiàn)本地化。

　　加速度傳感器

　　加速度計(jì)是一種測量加速度和傾斜度的設(shè)備。有兩種可能會(huì)影響加速度計(jì)的力：靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力

　　靜力：靜力是任何兩個(gè)對象之間的摩擦力。例如，地球的重力是靜態(tài)的，它將物體拉向它。測量此重力可以告訴您機(jī)器人的傾斜角度。此測量在平衡機(jī)器人中非常有用，或者可以告訴您機(jī)器人是在上坡行駛還是在平坦的地面上行駛。

　　動(dòng)態(tài)力：動(dòng)態(tài)力是移動(dòng)物體所需的加速度。使用加速度計(jì)測量該動(dòng)態(tài)力可以告訴您機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度/速度。如果需要，我們還可以使用加速度計(jì)來測量機(jī)器人的振動(dòng)。

　　加速度計(jì)具有不同的風(fēng)格。始終選擇最適合您的機(jī)器人的機(jī)器人。選擇加速度計(jì)之前需要考慮的一些因素是：

　　輸出類型：模擬或數(shù)字

　　軸數(shù)：1,2或3

　　加速度計(jì)擺幅：±1.5g，±2g，±4g，±8g，±16g

　　靈敏度：更高或更低（越高越好）

　　帶寬

　　陀螺儀

　　陀螺儀或簡稱為陀螺儀是一種利用角動(dòng)量原理測量并幫助保持方向的設(shè)備。換句話說，陀螺儀用于測量圍繞特定軸的旋轉(zhuǎn)速率。當(dāng)您希望機(jī)器人不依賴地球重力來保持方向時(shí)，陀螺儀特別有用。（與加速度計(jì)不同）

　　國際貨幣聯(lián)盟

　　慣性測量單元結(jié)合了兩個(gè)或多個(gè)傳感器的特性，例如加速度計(jì)，陀螺儀，磁力計(jì)等，以測量方向，速度和重力。簡而言之，IMU能夠通過檢測物體方向（俯仰，滾動(dòng)和偏航），速度和重力的變化來提供反饋。很少有IMU走得更遠(yuǎn)，并結(jié)合提供位置反饋的GPS設(shè)備。

　　電壓傳感器

　　電壓傳感器通常將較低的電壓轉(zhuǎn)換為較高的電壓，反之亦然。一個(gè)示例是一種通用運(yùn)算放大器（Op-Amp），它可以接收低電壓，對其進(jìn)行放大，然后生成較高的電壓輸出。很少使用電壓傳感器來找到兩端之間的電位差（電壓比較器）。甚至一個(gè)簡單的LED都可以充當(dāng)電壓傳感器，該電壓傳感器可以檢測電壓差并點(diǎn)亮。（此處未考慮當(dāng)前要求）

　　電流傳感器

　　電流傳感器是電子電路，用于監(jiān)視電路中的電流并輸出成比例的電壓或電流。大多數(shù)電流傳感器輸出的模擬電壓在0V至5V之間，可以使用微控制器進(jìn)行進(jìn)一步處理。

　　其他機(jī)器人傳感器

　　如今，有數(shù)百種傳感器可以感知幾乎所有您能想到的東西，并且?guī)缀醪豢赡芰谐鏊锌捎玫膫鞲衅?。除了上面提到的那些傳感器外，還有許多其他傳感器用于特定應(yīng)用。例如：濕度傳感器可測量濕度；氣體傳感器設(shè)計(jì)用于檢測特定氣體（對于檢測氣體泄漏的機(jī)器人很有幫助）；電位器用途廣泛，可用于多種不同的應(yīng)用中。磁場傳感器檢測周圍的磁場強(qiáng)度。

　　結(jié)論

　　可以使用一對光敏電阻或一個(gè)紅外傳感器來構(gòu)建一個(gè)簡單的避障機(jī)器人。機(jī)器人越復(fù)雜，傾向于使用的傳感器數(shù)量就越多。單個(gè)任務(wù)可能需要結(jié)合使用不同的傳感器，或者可以使用單個(gè)傳感器來完成不同的任務(wù)。有時(shí)，可以從許多可用傳感器中的任何一個(gè)執(zhí)行任務(wù)。根據(jù)可用性，成本和易用性來確定最佳傳感器。