機器人靠啥感官來感知世界的?

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

　　那么你可知道，機器人是依靠什么感官來感知世界，與我們互動的？它們有“眼睛”、“鼻子”、“耳朵”嗎？本文為大家盤點幾種機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器人最基本的功能，不然機器人一走動就碰到花花草草就不好了。機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（圖1）。碰撞開關的工作原理非常簡單，完全依靠內部的機械結構來完成電路的導通和中斷。當碰撞開關的外部探測臂受到碰撞，探測臂受力下壓，帶動碰撞開關內部的簧片撥動，從而電路的導通狀態(tài)發(fā)生改變（圖2）。

　　圖1 碰撞開關

　　圖2 碰撞開關的工作狀態(tài)圖

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

　　碰撞開關的優(yōu)點是價格便宜，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。但碰撞開關也有個最明顯的缺點，就是必須在發(fā)生碰撞后才能檢測到障礙，這在某些機器人比賽中是相當失分的，在某些實際的應用中實用性也會大大降低，而且使用時間較長后，開關容易發(fā)生機械疲勞，無法繼續(xù)正常工作。

　　非接觸式測障開關一般的工作原理與聲納和雷達相似，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，這時傳感器就認為發(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（當然比碰撞開關還是要高一點），電路簡單，檢測范圍大。如果在電路中加上一個電位器，就可以隨時調節(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，多個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

　　機器人光知道哪個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，才好判斷下一步的行動。這時我們就需要測距傳感器。

　　測距傳感器大多為非接觸式的，目前在個人機器人制作領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幾乎可以說是機器人愛好者的必備傳感器，在我們平時?？吹降囊恍﹤€人機器人作品中，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的實物圖都會禁不住感嘆：“哦，原來是它呀！”是不是很眼熟？說實話，除了在個人機器人上，我還真沒在其他的地方見過這個東西。

　　圖5 夏普GP2D12 紅外測距傳感器

　　這種傳感器的優(yōu)點是體積小，測量準確，電源電壓與輸出信號都較常規(guī)，一般單片機系統(tǒng)都可直接使用，缺點是成本較高，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間差來判斷距離，這和動物界的蝙蝠是一樣的，算是仿生學的一項應用。

　　圖6 超聲波測距傳感器

　　超聲波測距傳感器規(guī)格很多，測試距離也從遠到近都有，價格相差也較大，一般機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)點在于測量范圍較大且不使用光學信號，所以被測物體的顏色對于測量結果沒有影響，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、風速等，而且最大允許角度較小。