第2章　智能机器人感知系统

2.1　概述

传感器与感知技术是新技术革命和信息社会的重要技术基础，现代科技的开路先锋，作为信息技术中采集、处理、传播三大关键技术之一，各发达国家都将其视为现代高技术发展的关键。有“谁掌握和支配了传感器技术谁就能够支配新时代”的说法。表2-1列出了常用传感器和对常用物理量的检测方法^［1］。

智能机器人在执行作业过程中，必须持续不断地感知周围环境信息及自身状态信息，由于未知环境的复杂性、机器人自身状态的不确定性和传感器的局限性，仅仅依靠某一种传感器一般难以完成对外部环境的感知。因此，智能机器人一般同时具有多种感知功能，如视觉、力觉、接近觉、听觉、热觉、位置和方位觉等。表2-2所示为机器人应用多传感器的一些实例。

总的来说，面向智能机器人系统的新型传感器应具有以下特点^［2］。

①集成式复合敏感功能。即一种敏感元件能够实现多种物理量和化学量的同时检测，并能较全面地反映环境变量的变化规律信息，或能以集成式的形式融合到现有的其他传感器和检测系统中。

②智能的自补偿、自标定、自检、自诊断功能。某些作业环境下的各种待测参数信息往往变化幅度大、变化速度快、所工作的频段宽，因此要求传感器有较智能的自补偿和自标定功能，对检测过程中的漂移和非线性误差有一定的补偿，并对检测的结果进行实时的校正和校对，从而保证测量结果的精确有效性。

③实时性要求更高。机器人所工作的环境越来越特殊，这也决定了传感器与检测系统应具有更好的实时性，如在几微秒时间内要求完成整个过程，包括数据采集、计算、处理和输出，其中的数据处理可以通过相应的硬件和软件完成，包括标度换算、数字调零、非线性补偿、温度补偿、数字滤波等功能和计算。

④可靠性要求更高。传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽量程范围和宽温度适用范围的传感器将是永久性的方向。

⑤信息存储和传输。极端环境要求系统的传感器与检测系统能与上位机或控制台通过智能单元完成通信功能，实现实时的增益、补偿参数的设置和检测结果的输出。

表2-1　常用传感器对常用物理量的检测方法

表2-2　机器人应用多传感器实例

⑥低功耗、无源化、微型化、数字化。传感器与检测系统一般是非电量向电量的转化，其能耗的高低直接影响系统的持续工作时间和寿命，通过新敏感材料及新的加工技术实现极端环境下的机器人系统传感器微型化、低功耗甚至无源化和数字化是智能机器人传感器及检测系统发展的一个必然方向。