探讨机器人传感器技术在机器人上运用

论文导读：
摘要：作为现代信息产业三大支柱之一的传感器技术，在机器人上的应用是核心技术之一。传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律变换成可用输出信号的器件或装置，传感器是机器人获取信息的主要部分，类似于人的“五官”，基于仿生学的：视觉、嗅觉、听觉、触觉、味觉对传感器技术在机器人上的应用状况进行阐述。
关键词：传感器；机器人；仿生学
：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.201

2.0

7.058

引言 在人类社会的发展进程中，科学技术起着重要地位，在科技发展的带动下，机器人技术也在不断的发展及其应用领域越来越广，从传统的机器制造业，机器人主要用作上、下料的万能传送装置，扩展到能进行各种作业，诸如弧焊、点焊、喷漆、刷胶、清理铸件以及各种各样的简单装配工作，到非制造领域的应用，诸如采掘、水下、空间、核工业、土木施工、救灾、作战、战地后勤及各种服务等，机器人的应用不仅改善了劳动者的工作环境，渐渐的向完全取代人类劳动以及服务于人类的研究发展进行，这一切能得以实现，跟传感器技术、微电子技术、通信技术等有着密切的关系，传感器技术在机器人技术中是核心技术之一，传感器是机器人获取信息的主要部分，基于仿生学的仿人机器人的诞生，传感器技术在机器人上类似于人的“五官”：视觉、嗅觉、听觉、味觉、触觉，在现代机器人研制中得到了很好的应用与开发，本文依据国内外机器人的研究状况，从“五官”的角度来阐述传感器技术在机器人上的应用。

1.传感器技术

1.1视觉功能

现代的“五官”传感器技术中，视觉传感器技术的发展以及研究相比之下较成熟，特别是在机器人的应用上，并且不断的推进着机器人的发展研究，工业、农业、服务业等，视觉传感器技术是机器人不可或缺的重要部分，视觉传感器的性能在不同的应用中有不同的要求，性能的好坏会影响机器人的操作任务，为此，科研工作者们进行了一系列的研究，如一种由激光器、CCD和滤光片组成的视觉传感器系统，体积小巧、结构紧凑、性价比高、质量轻，由于机器视觉系统采集到的数据量庞大以及实时性的要求，可用多核DSP并行处理的架构方式可以解决大量图像数据，为了提高机器人视觉系统的图像处理速度，可以将光学小波变换应用于视觉系统，实现图像和信息的快速处理，针对高温、辐射及飞溅等恶劣环境对传感器的影响，可以采用带冷却系统的结构光视觉传感器。
视觉传感器在机器人上主要应用于方向定位、避障、目标跟踪等，中科院采用视觉系统（单目摄像机）测量得到水下机器人与被观察目标之间的三维位姿关系，通过路径规划、位置控制和姿态控制分解的动力定位方法实现机器人对被观察目标的自动跟踪，浙江工业大学采用一种单目视觉结合红外线测距传感器共同避障的策略，对采集的图像序列信息使用光流法处理，获得移动机器人前方障碍物的信息，为了增强了传感器的光自适应能力，四川大学以主从双视觉传感器实现目标识别和定位任务，采用嵌入式结构技术集成相机和处理机的采摘视觉传感器实现了多传感器、多视角的协调采集和数据处理，与双目视觉传感器相比，三维视觉传感器在计算目标物的三维坐标时不需要复杂的立体匹配过程，其核心就是三角测量技术，定位算法简单，中国农业大学根据作物的反射光谱特性，选择敏感波长的激光源，构建三维视觉传感器。南京农业大学基于立体视觉系统，在图像空间利用Hough变换检测出果实目标，进而获得目标质心的空间位置坐标。中国科学院沈阳自动化研究所采用光学原理的全方位位置传感器系统，通过观测路标和视角定位的方法，确定出机器人在世界坐标系中的位置和方向。哈尔滨工程大学采用一个全景镜头和一个全景摄像机的全境图像全景视觉系统，利用StepForward策略的模糊推理机制的运动决策，实现机器人在动态环境中快速、准确的找到一条无碰撞的路径，最终达到目标点。
科学研究的最终目的都是要应用到实际生活中，视觉传感器的研究在现代工业、农业、以及服务业等方面都得到了体现。中科院采用叠加式构架的视觉传感器在焊接机器人上的应用，实现焊接机器人的自动焊接任务。天津师范工程学院采用全局视觉系统应用在全自主服务机器人上，能够准确地为服务机器人的专家决策系统实时提供位置信息，实现了在光照连续变化的部分结构化环境中进行颜色识别。为了老年人/残疾人提供各种复杂的辅助操作论文导读：
，研制智能陪护机源于：论文的标准格式www.7ctime.com
器人，哈尔滨工业大学研制了一个基于两个CCD摄像头组成双目系统的服务机器人。上海交通大学采用视觉传感器获得目标的图像并进行文字识别的读书机器人，以及一种医用机器人，通过人体肛门进入肠道进行检查，携带头、压力传感器、温度传感器、pH值传感器等，从而实现肠道生理参数的检测和治疗，携带微型操作手进行微型手术，携带药物喷洒装置进行疾病无创诊疗等。湖南大学采用多传感器结合微处理器技术与智能控制的整个系统设计，将智能安全报警及消防灭火、嵌入式语音识别、自主回归充电、家庭娱乐及家务工作等多项功能集于一身的现代智能家居机器人。北京理工大学利用安装在车体前方摄像头，通过无线传输方式可以反馈视频和音频信号，根据反馈信息，利用航模遥控器控制机器人前进、后退、变速及转弯等的侦查机器人。

1.2嗅觉功能

目前具有嗅觉功能的拟人机器人尚不多见，主要原因是人们对于机器人嗅觉的研究仍处于初级阶段，技术尚未成熟，更多的是关于机器人嗅觉的研究集中在移动机器人的嗅觉定位领域。
机器人嗅觉问题的研究中，主要采用了三种方法来实现机器人嗅觉功能：一是在机器人上安装单个或多个气体传感器，再配置相应处理电路来实现嗅觉功能，Ishidal等人采用四个气体传感器和四个风速传感器制成了气味方向探测装置，充分利用气味信息和风向信息完成味源搜索，Pyk研制了一个装有六阵列金属氧化物气体传感器和风向标式风向传感器的移动人工蛾，并利用它在风洞中模拟了飞蛾横越风向和逆风而上的跟踪信息素的运动方式，类似的研究是在移动机器人上安装一对气体传感器，比较两个传感器的输出，令机器人向着浓度高的方向移动；曹为等人在煤矿救灾机器人上安装了瓦斯传感器、O2、CO传感器，庄哲民等人将半导体气体传感器阵列与神经网络相结合，构建了一个用于临场感机器人的人工嗅觉系统，用于气体的定性识别；二是自行研制的嗅觉装置，Kuwana使用活的蚕蛾触角配上电极构造了两种能感知信息素的机器人嗅觉传感器，并在信息素导航移动机器人上进行了信息素烟羽的跟踪试验，德国蒂宾根大学的Achim Lifientha和瑞典厄勒布鲁大学的Tom Duckett合作研制了Mark III型立体式电子鼻，和一台Koala移动机器人构成了移动电子鼻；三是采用电子鼻（亦称人工鼻）产品，Rozas等将人工鼻装在一个移动机器人上，通过追踪测试环境中的气体浓度而找到气味源。源于：大学生论文查重www.7ctime.com