“機(jī)器換人”蓄勢待發(fā) 它們是如何感知世界的？

　　對于曾經(jīng)依靠密集勞動(dòng)力走向世界的“中國制造”，機(jī)器人正成為轉(zhuǎn)型升級的新助力之一。在珠三角，家電業(yè)率先“機(jī)器換人”，電子信息產(chǎn)業(yè)緊緊跟上，汽車、紡織服裝等行業(yè)也蓄勢待發(fā)，一個(gè)個(gè)“無人工廠”取代了曾經(jīng)工人們揮汗如雨的車間廠房。

　　那么你可知道，機(jī)器人是依靠什么感官來感知世界，與我們互動(dòng)的？它們有“眼睛”、“鼻子”、“耳朵”嗎？本文為大家盤點(diǎn)幾種機(jī)器人常用的傳感器及其功能。

　　用于避障的傳感器

　　避障可以說是各種機(jī)器人最基本的功能，不然機(jī)器人一走動(dòng)就碰到花花草草就不好了。機(jī)器人并不一定要通過視覺感知自己前方是否有障礙物，它們也可以通過觸覺或像蝙蝠那樣通過聲波感知。因此，檢測機(jī)器人前方是否存在障礙物的傳感器，可以分為接觸式和非接觸式的。

　　最典型的接觸式測障傳感器便是碰撞開關(guān)（圖1）。碰撞開關(guān)的工作原理非常簡單，完全依靠內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成電路的導(dǎo)通和中斷。當(dāng)碰撞開關(guān)的外部探測臂受到碰撞，探測臂受力下壓，帶動(dòng)碰撞開關(guān)內(nèi)部的簧片撥動(dòng)，從而電路的導(dǎo)通狀態(tài)發(fā)生改變（圖2）。

　　圖1 碰撞開關(guān)

　　圖2 碰撞開關(guān)的工作狀態(tài)圖

　　在機(jī)器人上的用法多數(shù)是將探測臂加長，擴(kuò)大探測范圍和靈敏度。當(dāng)機(jī)器人撞到前面的障礙物，碰撞開關(guān)的信號端便可返回一個(gè)高電平，控制芯片由此可以知道小車面前存在著障礙物。

　　碰撞開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，一般每只零售僅幾塊錢，使用簡單，使用范圍廣，對環(huán)境條件沒有什么限制。但碰撞開關(guān)也有個(gè)最明顯的缺點(diǎn)，就是必須在發(fā)生碰撞后才能檢測到障礙，這在某些機(jī)器人比賽中是相當(dāng)失分的，在某些實(shí)際的應(yīng)用中實(shí)用性也會(huì)大大降低，而且使用時(shí)間較長后，開關(guān)容易發(fā)生機(jī)械疲勞，無法繼續(xù)正常工作。

　　非接觸式測障開關(guān)一般的工作原理與聲納和雷達(dá)相似，發(fā)射聲波或某種射線，遇到障礙物，聲波或射線被反射回來，并被傳感器接收，這時(shí)傳感器就認(rèn)為發(fā)現(xiàn)了障礙物。我們最常用的便是發(fā)射和接收紅外線的傳感器（圖3，圖4）。

　　圖3 紅外發(fā)射管

　　圖4 紅外接收管

　　紅外測障傳感器成本較低（當(dāng)然比碰撞開關(guān)還是要高一點(diǎn)），電路簡單，檢測范圍大。如果在電路中加上一個(gè)電位器，就可以隨時(shí)調(diào)節(jié)傳感器的檢測范圍。這種檢測方式為非接觸式，控制起來更加方便、靈活。但這種測障方式也有缺點(diǎn)，多個(gè)紅外傳感器之間容易互相干擾，因此在傳感器的布局上需要多花心思，安裝位置也要盡可能地避免紅外信號的碰撞。

　　用于測距的傳感器

　　機(jī)器人光知道哪個(gè)方向有障礙物并不夠，還必須知道障礙物距離自己具體有多遠(yuǎn)，才好判斷下一步的行動(dòng)。這時(shí)我們就需要測距傳感器。

　　測距傳感器大多為非接觸式的，目前在個(gè)人機(jī)器人制作領(lǐng)域用得比較多的是紅外和超聲波測距傳感器兩種。

　　提到紅外測距傳感器， 就不能不提夏普的GP2D12紅外測距傳感器（圖5）。GP2D12幾乎可以說是機(jī)器人愛好者的必備傳感器，在我們平時(shí)?？吹降囊恍﹤€(gè)人機(jī)器人作品中，絕大多數(shù)都可以看到它的身影。

　　無圖無真相，相信很多朋友看到GP2D12的實(shí)物圖都會(huì)禁不住感嘆：“哦，原來是它呀！”是不是很眼熟？說實(shí)話，除了在個(gè)人機(jī)器人上，我還真沒在其他的地方見過這個(gè)東西。

　?。▓D5）紅外測距傳感器

　　這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是體積小，測量準(zhǔn)確，電源電壓與輸出信號都較常規(guī)，一般單片機(jī)系統(tǒng)都可直接使用，缺點(diǎn)是成本較高，購買途徑較少。

　　超聲波測距傳感器（圖6）也是一種很常見的測距傳感器，依靠超聲波的發(fā)射與反射接收中的時(shí)間差來判斷距離，這和動(dòng)物界的蝙蝠是一樣的，算是仿生學(xué)的一項(xiàng)應(yīng)用。

　　圖6 超聲波測距傳感器

　　超聲波測距傳感器規(guī)格很多，測試距離也從遠(yuǎn)到近都有，價(jià)格相差也較大，一般機(jī)器人愛好者使用的是測量范圍在幾厘米到幾米的。

　　超聲波測距的優(yōu)點(diǎn)在于測量范圍較大且不使用光學(xué)信號，所以被測物體的顏色對于測量結(jié)果沒有影響，但其成本較高。由于它依靠聲速測距，所以對于一些影響聲速的因素較敏感，比如溫度、風(fēng)速等，而且最大允許角度較小。