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机器人采用关键的传感器技术

发布时间:2023-11-23
目前,机器人中关键的传感器技术包括磁性位置传感器、存在传感器、手势传感器、力扭矩传感器、环境传感器和电源管理传感器。


磁性位置传感器在当今的消费者、服务专业人士、社交机器人以及工业机器人中得到广泛应用。几乎每个关节都使用两个或多个磁性角度位置传感器IC。这些传感器对于机器人的运动轴或关节旋转至关重要,尤其是在驱动无刷直流电动机和闭环电机控制时。因此,每个运动轴都需要两个磁性角位置传感器,以提供电动机换向反馈。带有磁性位置传感器的机械臂是一个很好的例子。

举例来说,对于需要在俯仰和滚动中都进行轴向运动的机器人脚踝,通常会使用四个磁性位置传感器。考虑到每个关节都需要这种类型的多重连接,以及大多数机器人需要大量关节,这就解释了为什么磁性角位置传感器在当今机器人产品中如此常见。


在场传感器技术已经被集成到现代机器人中,并且它们的信息被融合在一起,以提供机器人空间视觉感测以及物体检测和躲避。2D和3D立体视觉摄像头已经广泛应用于许多新型消费者和专业服务机器人中。此外,飞行时间传感器等新的先进传感器技术,包括光检测和测距(LIDAR)传感器,也越来越多地部署在机器人中。 LIDAR提供了机器人正在操作的环境的高分辨率地图。



为了实现更好的任务执行和移动能力,机器人需要进行空间和周围环境的高分辨率3D映射。激光雷达映射技术被用于实现这一目标。


类似地,超声传感器用于存在感测,类似于汽车中备用的安全警报系统所使用的设备。机器人中的超声波传感器可以检测附近的障碍物,并防止机器人撞到墙壁、物体、其他机器人和人类。此外,它们在执行主要功能任务的机器人中也扮演重要角色,因此在近场导航和避障方面发挥着关键作用,提供了整体上改善的机器人性能和安全性。


然而,超声波传感器的范围有限,大约在一厘米到几米之间,并且方向锥大约为30°。它们的成本相对较低,在近距离范围内具有良好的精度,但随着范围和测量角度的增加,精度会下降。此外,它们容易受到温度和压力变化的影响,并且容易受到其他近距离机器人的干扰,尤其是那些使用调谐到相同频率的超声波传感器的机器人。


然而,当与其他存在传感器结合使用时,它们可以提供有用且可靠的位置信息。当所有这些存在传感器(2D/3D摄像头、激光雷达和超声波)的数据融合在一起时,机器人能够实现空间感知,并移动和执行更复杂的任务,而不会损坏自己、人员或周围环境。这种技术已经开始在消费/专业服务机器人和工业机器人中得到应用。


力扭矩传感器在当今的下一代机器人中扮演着越来越重要的角色。除了用于机器人的末端执行器和夹具外,它们还广泛应用于机器人的其他部位,如躯干、手臂、腿部和头部。这些特殊的传感器用于监测肢体速度运动,检测障碍物,并向机器人的处理器提供安全警报。


举例来说,当机器人手臂中的力扭矩传感器检测到突然且意外的力,比如手臂撞击到物体时,其安全控制软件可能会导致手臂停止运动并缩回原位。此外,力扭矩传感器还与存在传感器以及其他安全监视传感器(例如环境传感器)配合使用,以提供全面的安全区域监视功能。


另一方面,各种环境传感器也正逐渐进入工业和消费机器人领域。这些传感器可以检测空气质量的VOC(挥发性有机化合物)、温度、湿度、压力,甚至照明情况。它们不仅有助于确保机器人能够持续有效且安全地运行,还可以使机器人及其操作人员意识到不安全的环境条件。


另外,电源管理传感器也是机器人中不可或缺的一部分。

当今的自动机器人中集成了电源管理传感器,这有助于延长机器人在两次充电之间的工作时间,并确保常见的锂离子电池在使用时不会过热充电或耗尽。此外,电源管理传感器还用于电压调节以及机器人关节电机的电源和热管理领域。所有机载机器人电子设备,例如微处理器、传感器和执行器,都需要低噪声纹波电源和调节功能,以确保它们高效且正确地工作。


在机器人电源管理中使用的传感器解决方案包括用于电池放电和充电的库仑计数,用于电压调节器的精确可靠的过热监控传感器以及电池管理设备中的电流传感器。这些新传感器技术的集成和融合,使当今的机器人可以更加安全地运行。此外,由于在计算能力、软件和人工智能方面的显着改进,并且与这些新的传感器技术协同工作,这种下一代机器人可以更轻松地适应各种应用需求。它们可以比前任更准确、更快地执行任务,可以在家庭、企业和制造环境中与人类进行协作和安全的操作和工作。


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