模块5机器人感觉系统
前言传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，它同计算机技术、通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。机器人使用的传感器作为机器人信息获取的源头，技术也日趋成熟完善，这在一定程度上推动着机器人技术的发展。但即使是目前世界上智能程度最高的机器人，它对外部环境变化的适应能力也非常有限，还远远没有达到人们预期目标。机器人传感器及其信息融合技术的研究涉及人工智能、电子、机械、控制、计算机、信号处理等诸多领域的理论和技术，是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要体现。
目录机器人传感技术机器人常用内部传感器机器人常用外部传感器
单元1机器人传感技术
传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。机器人获取信息靠各类传感器，它们收集各种物理量、化学量或生物量。按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技术系统构造的第一个关键点。一、传感技术概述
信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。识别的主要任务是对经过处理的信息进行辨识与分类。它利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。因此，传感技术是遵循信息论和系统论的，它包含了众多的高新技术，被众多的产业广泛采用。它也是现代科学技术发展的基础条件，应该受到足够的重视。一、传感技术概述
为了提高制造企业的生产率（或降低运行时间）和产品质量，降低产品成本，工业界对传感技术的基本要求，是能可靠地应用于现场，完成规定的功能。无论是国内还是国外，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都相对落后。我们从20世纪80年代起才开始重视和投资传感技术的研究开发或列为重点攻关项目，不少先进的成果仍停留在研究实验阶段，转化率比较低。一、传感技术概述
我国从20世纪60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得了长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，生产与应用系统的创新与改进少。一、传感技术概述
传感系统的组成传感器的特点包括微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。如图5-1所示，传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路、辅助电路等组成。其中敏感元件和转换元件可能合二为一，而有的传感器不需要辅助电源。传感器的存在和发展，让机器人有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让机器人慢慢变得“活了起来”。传感器通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。敏感元件转换元件测量电路辅助电路等传感系统的组成二、传感系统的组成
二、传感系统的组成
机器人带有多种传感器，可以进行复杂的逻辑推理、判断及决策，在变化的内部状态与外部环境中，自主决定自身的行为。可以将传感器的功能与人类的感觉器官相比拟：光敏传感器→视觉；声敏传感器→听觉；气敏传感器→嗅觉；化学传感器→味觉；压敏、温敏、流体传感器→触觉。与常用的传感器相比，人类的感知能力好得多，但也有一些传感器比人的感知功能灵敏，例如，人类没有能力感知紫外线或红外线辐射，感觉不到电磁场、无色无味的气体等。三、传感技术的功能
传感器可以代替人类（或动物）的感知器官，例如，温度传感器可代替人类的皮肤；光敏传感器可部分代替人类的眼睛；气敏传感器可部分代替人类的鼻子等。传感器可以作为人类（或动物）感知器官的延伸。例如，人类无法感知红外线、紫外线、磁场等物理量，传感器却能感知。传感器可以超越人类（或动物）感知器官。高灵敏度传感器可以感知人类（或动物）感觉器官感知的极限以外的物理量。例如，高灵敏度温度传感器可感知01℃的温度变化，而人类却无法感知。三、传感技术的功能
近年来传感技术得到迅猛发展，同时技术也更为成熟、完善，这在一定程度上推动着机器人技术的发展。传感技术的革新和进步，势必会为机器人行业带来革新和进步。因为机器人很多功能都是依靠传感器来实现的。为了实现在复杂、动态及不确定性环境下机器人的自主性，或为了检测作业对象及环境或机器人与它们之间的关系，目前各国的科研人员逐渐将视觉、听觉、压觉、热觉、力觉传感器等多种不同功能的传感器合理地组合在一起，形成机器人的感知系统，为机器人提供更为详细的外界