如今的機(jī)器人已具有類(lèi)似人一樣的肢體及感官功能，有一定程度的智能，動(dòng)作程序靈活，在工作時(shí)可以不依賴(lài)人的操縱。

而這樣一款機(jī)器人，能夠與人交流、活動(dòng)靈活甚至看懂人的表情，皆是因?yàn)樗娜聿紳M(mǎn)傳感器，傳感器就像人的五官一樣，使機(jī)器人具備類(lèi)似人類(lèi)的知覺(jué)和反應(yīng)。 

傳感器是機(jī)器人感知外界的重要幫手，它們猶如人類(lèi)的感知器官，機(jī)器人的視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等對(duì)外部環(huán)境的感知能力都是由傳感器提供的。同時(shí)，傳感器還可用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人自身的工作狀態(tài)，以及機(jī)器人智能探測(cè)外部工作環(huán)境和對(duì)象狀態(tài)，并能夠按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的一種器件，為了讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)盡可能高的靈敏度。

由美國(guó)知名機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)波士頓動(dòng)力研發(fā)的機(jī)器人BigDog，全身也配備了多種傳感器。

通常，機(jī)器人的感覺(jué)系統(tǒng)的基本組成為：視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、力覺(jué)和其他等等。根據(jù)被測(cè)對(duì)象的不同，機(jī)器人傳感器可以分為2大類(lèi)：

1、用于檢測(cè)機(jī)器人自身狀態(tài)的內(nèi)傳感器

2、用于機(jī)器人與機(jī)器人相關(guān)環(huán)境參數(shù)的外傳感器

內(nèi)傳感器

機(jī)器人內(nèi)傳感器就是測(cè)量機(jī)器人自身狀態(tài)的功能元件，具體檢測(cè)的對(duì)象有：關(guān)節(jié)的線位移、角位移等幾何量，速度、角速度、加速度等運(yùn)動(dòng)量，還有傾斜角、方位角、振動(dòng)等物理量。而所謂的外傳感器則主要用于測(cè)量與機(jī)器人作業(yè)有關(guān)的外部因素。

內(nèi)傳感器常用于控制系統(tǒng)中，用作反饋元件，檢測(cè)機(jī)器人的狀態(tài)參數(shù)。例：關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度、力和力矩等等。

位置(位移)傳感器

直線移動(dòng)傳感器有電位計(jì)式傳感器和可調(diào)變壓器兩種。角位移傳感器有電位計(jì)式、可調(diào)變壓器(旋轉(zhuǎn)變壓器)及光電編碼器三種，其中光電編碼器有增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。增量式編碼器一般用于零位不確定的位置伺服控制，絕對(duì)式編碼器能夠得到對(duì)應(yīng)于編碼器初始鎖定位置的驅(qū)動(dòng)軸瞬時(shí)角度值，當(dāng)設(shè)備受到壓力時(shí)，只要讀出每個(gè)關(guān)節(jié)編碼器的讀數(shù)，就能夠?qū)λ欧刂频慕o定值進(jìn)行調(diào)整，以防止機(jī)器人啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過(guò)劇烈的運(yùn)動(dòng)。

速度和加速度傳感器

速度傳感器有測(cè)量平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度兩種，但大多數(shù)情況下，只限于測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度。利用位移的導(dǎo)數(shù)，特別是光電方法讓光照射旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)頻率和脈沖數(shù)目，以求出旋轉(zhuǎn)角度，及利用圓盤(pán)制成有縫隙，通過(guò)二個(gè)光電二極管辨別出角速度，即轉(zhuǎn)速，這就是光電脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器。此外還有測(cè)速發(fā)電機(jī)用于測(cè)速等。

加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見(jiàn)的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。

應(yīng)變儀即伸縮測(cè)量?jī)x，也是一種應(yīng)力傳感器，用于加速度測(cè)量。加速度傳感器用于測(cè)量機(jī)器人的動(dòng)態(tài)控制信號(hào)。一般有由速度測(cè)量進(jìn)行推演、已知質(zhì)量物體加速度所產(chǎn)生動(dòng)力，即應(yīng)用應(yīng)變儀測(cè)量此力進(jìn)行推演，還有就是下面所說(shuō)的方法：與被測(cè)加速度有關(guān)的力可由一個(gè)已知質(zhì)量產(chǎn)生。這種力可以為電磁力或電動(dòng)力，最終簡(jiǎn)化為對(duì)電流的測(cè)量，這就是伺服返回傳感器，實(shí)際又能有多種振動(dòng)式加速度傳感器。

力覺(jué)傳感器

力覺(jué)傳感器用于測(cè)量?jī)晌矬w之間作用力的三個(gè)分量和力矩的三個(gè)分量。機(jī)器人中理想的傳感器是粘接在依從部件的半導(dǎo)體應(yīng)力計(jì)。具體有金屬電阻型力覺(jué)傳感器、半導(dǎo)體型力覺(jué)傳感器、其它磁性壓力式和利用弦振動(dòng)原理制作的力覺(jué)傳感器。 

還有轉(zhuǎn)矩傳感器(如用光電傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)矩)、腕力傳感器(如國(guó)際斯坦福研究所的由6個(gè)小型差動(dòng)變壓器組成，能測(cè)量作用于腕部X、Y和Z三個(gè)方向的動(dòng)力及各軸動(dòng)轉(zhuǎn)矩)等。

由于機(jī)器人發(fā)展歷史較長(zhǎng)，近年來(lái)普遍采用以交流永磁電動(dòng)機(jī)為主的交流伺服系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)位置、速度等傳感器大量應(yīng)用的是：各種類(lèi)型的光電編碼器、磁編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。

外傳感器

機(jī)器人外傳感器主要用來(lái)測(cè)量機(jī)器人周邊環(huán)境參數(shù)，通常跟機(jī)器人的目標(biāo)識(shí)別、作業(yè)安全等因素有關(guān)，例：視覺(jué)傳感器。它既能用來(lái)識(shí)別工作對(duì)象，也可以用來(lái)檢測(cè)障礙物。

從機(jī)器人的系統(tǒng)觀點(diǎn)來(lái)看，外傳感器的信號(hào)一般用于規(guī)劃決策層，也有一些外傳感器的信號(hào)被底層的伺服控制層所利用。

內(nèi)傳感器和外傳感器是根據(jù)傳感器在系統(tǒng)中呃作用來(lái)劃分的，某些傳感器既可以當(dāng)內(nèi)傳感器使用，又可以當(dāng)外傳感器使用。如：力傳感器，用于末端執(zhí)行器或手臂的自重補(bǔ)償中，是內(nèi)傳感器；在測(cè)量操作對(duì)象或障礙物的反作用力時(shí)，它是外傳感器。

視覺(jué)傳感器

機(jī)器視覺(jué)是使機(jī)器人具有感知功能的系統(tǒng)，其通過(guò)視覺(jué)傳感器獲取圖像進(jìn)行分析，讓機(jī)器人能夠代替人眼辨識(shí)物體，測(cè)量和判斷，實(shí)現(xiàn)定位等功能。

視覺(jué)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)范圍廣、獲取信息豐富，實(shí)際應(yīng)用中常使用多個(gè)視覺(jué)傳感器或者與其它傳感器配合使用，通過(guò)一定的算法可以得到物體的形狀、距離、速度等諸多信息。

機(jī)器視覺(jué)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始首先處理積木世界，后來(lái)發(fā)展到處理室外的現(xiàn)實(shí)世界。20世紀(jì)70年代以后，實(shí)用性的視覺(jué)系統(tǒng)出現(xiàn)了，可以完成物體運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)以及定位等功能，許多智能相機(jī)可以配合協(xié)調(diào)工業(yè)機(jī)器人的行動(dòng)路線，根據(jù)接收到的信息對(duì)機(jī)器人的行為進(jìn)行調(diào)整。

二維視覺(jué)傳感器

二維視覺(jué)基本上就是一個(gè)可以執(zhí)行多種任務(wù)的攝像頭。從檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體到物件定位等等。二維視覺(jué)在市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了很長(zhǎng)一段時(shí)間，并且占據(jù)了一定的份額。許多智能相機(jī)都可以檢測(cè)零件并協(xié)助機(jī)器人確定零件的位置，機(jī)器人就可以根據(jù)接收到的信息適當(dāng)調(diào)整其動(dòng)作。

三維視覺(jué)傳感器

與二維視覺(jué)相比，三維視覺(jué)是最近才出現(xiàn)的一種技術(shù)。三維視覺(jué)系統(tǒng)必須具備兩個(gè)不同角度的攝像機(jī)或使用激光掃描器。通過(guò)這種方式檢測(cè)對(duì)象的第三維度。同樣，現(xiàn)在也有許多的應(yīng)用使用了三維視覺(jué)技術(shù)。例如零件取放，利用三維視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)物體并創(chuàng)建三維圖像，分析并選擇最好的拾取方式。 

聲覺(jué)傳感器

聲音傳感器的作用相當(dāng)于一個(gè)話筒（麥克風(fēng)）。它用來(lái)接收聲波，顯示聲音的振動(dòng)圖象。但不能對(duì)噪聲的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。聲覺(jué)傳感器主要用于感受和解釋在氣體（非接觸感受）、液體或固體（接觸感受）中的聲波。聲波傳感器復(fù)雜程度可以從簡(jiǎn)單的聲波存在檢測(cè)到復(fù)雜的聲波頻率分析，直到對(duì)連續(xù)自然語(yǔ)言中單獨(dú)語(yǔ)音和詞匯的辨別。

從20世紀(jì)50年代，BELL實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，可以識(shí)別10個(gè)英文數(shù)字。 20世紀(jì)70年代，聲音識(shí)別技術(shù)得到快速發(fā)展，動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整（ＤＴＷ）算法、矢量量化（ＶＱ）以及隱馬爾科夫模型（ＨＭＭ）理論等相繼被提出，實(shí)現(xiàn)了基于ＤＴＷ技術(shù)的特定人孤立語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。近年來(lái)，聲音識(shí)別技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱?，?guó)內(nèi)外很多公司都利用聲音識(shí)別技術(shù)開(kāi)發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)品。

距離傳感器

距離傳感器用于智能移動(dòng)機(jī)器人的距離傳感器有激光測(cè)距儀（兼可測(cè)角）、聲納傳感器等，

距離傳感器目前最常用的測(cè)距法有兩種：

1、 超聲波測(cè)距法

超聲波是頻率20kHz以上的機(jī)械振動(dòng)波，利用發(fā)射脈沖和接收脈沖的時(shí)間間隔推算出距離。超聲波測(cè)距法的缺點(diǎn)是波束較寬，其分辨力受到嚴(yán)重的限制，因此，主要用于導(dǎo)航和回避障礙物。

2、激光測(cè)距法

激光測(cè)距法也可以利用回波法，或者利用激光測(cè)距儀，其工作原理如下：

氦氖激光器固定在基線上，在基線的一端由反射鏡將激光點(diǎn)射向被測(cè)物體，反射鏡固定在電動(dòng)機(jī)軸上，電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，使激光點(diǎn)穩(wěn)定地對(duì)被測(cè)目標(biāo)掃描。由CCD(電荷耦合器件)攝像機(jī)接受反射光，采用圖像處理的方法檢測(cè)出激光點(diǎn)圖像，并根據(jù)位置坐標(biāo)及攝像機(jī)光學(xué)特點(diǎn)計(jì)算出激光反射角。利用三角測(cè)距原理即可算出反射點(diǎn)的位置。

近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的激光雷達(dá)傳感器是目前比較主流的一種，可用于機(jī)器人導(dǎo)航和回避障礙物。

觸覺(jué)傳感器

觸覺(jué)傳感器主要是用于機(jī)器人中模仿觸覺(jué)功能的傳感器。觸覺(jué)是接觸、沖擊、壓迫等機(jī)械刺激感覺(jué)的綜合，觸覺(jué)可以用來(lái)進(jìn)行機(jī)器人抓取，利用觸覺(jué)可進(jìn)一步感知物體的形狀、軟硬等物理性質(zhì)。一般把檢測(cè)感知和外部直接接觸而產(chǎn)生的接觸覺(jué)、壓力、觸覺(jué)及接近覺(jué)的傳感器稱(chēng)為機(jī)器人觸覺(jué)傳感器

觸覺(jué)是人與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的重要感覺(jué)功能，研制滿(mǎn)足要求的觸覺(jué)傳感器是機(jī)器人發(fā)展中的技術(shù)關(guān)鍵之一。隨著微電子

技術(shù)的發(fā)展和各種有機(jī)材料的出現(xiàn)，已經(jīng)提出了多種多樣的觸覺(jué)傳感器的研制方案。

微型開(kāi)關(guān)是接觸傳感器最常用型式，另有隔離式雙態(tài)接觸傳感器（即雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體電路）、單模擬量傳感器、矩陣傳感器（壓電元件的矩陣傳感器、人工皮膚——變電導(dǎo)聚合物、光反射觸覺(jué)傳感器等）。

接近覺(jué)傳感器

接近覺(jué)傳感器介于觸覺(jué)傳感器和視覺(jué)傳感器之間，可以測(cè)量距離和方位，而且可以融合視覺(jué)和觸覺(jué)傳感器的信息。接近覺(jué)傳感器可以輔助視覺(jué)系統(tǒng)的功能，來(lái)判斷對(duì)象物體的方位、外形，同時(shí)識(shí)別其表面形狀。因此，為準(zhǔn)確抓取部件，對(duì)機(jī)器人接近覺(jué)傳感器的精度要求是非常高的。

這種傳感器主要有以下幾點(diǎn)作用：

發(fā)現(xiàn)前方障礙物，限制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍，以避免不障礙物収生碰撞。

在接觸對(duì)象物前得到必要信息，比如與物體的相對(duì)距離，相對(duì)傾角，以便為后續(xù)動(dòng)作做準(zhǔn)備。獲取物體表面各點(diǎn)間的距離，從而得到有關(guān)對(duì)象物表面形狀的信息。

滑覺(jué)傳感器

滑覺(jué)傳感器主要是用于檢測(cè)機(jī)器人與抓握對(duì)象間滑移程度的傳感器。為了在抓握物體時(shí)確定一個(gè)適當(dāng)?shù)奈樟χ担枰獙?shí)時(shí)檢測(cè)接觸表面的相對(duì)滑動(dòng)，然后判斷握力，在不損傷物體的情況下逐漸增加力量，滑覺(jué)檢測(cè)功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔性抓握的必備條件。通過(guò)滑覺(jué)傳感器可實(shí)現(xiàn)識(shí)別功能，對(duì)被抓物體進(jìn)行表面粗糙度和硬度的判斷。

滑覺(jué)傳感器按被測(cè)物體滑動(dòng)方向可分為三類(lèi)：無(wú)方向性、單方向性和全方向性傳感器。其中無(wú)方向性傳感器只能檢測(cè)是否產(chǎn)生滑動(dòng)，無(wú)法判別方向；單方向性傳感器只能檢測(cè)單一方向的滑移；全方向性傳感器可檢測(cè)個(gè)方向的滑動(dòng)情況。這種傳感器一般制成球形以滿(mǎn)足需要。

機(jī)器人傳感器需要滿(mǎn)足的三大要素

傳感器的精度

對(duì)于智能機(jī)器人來(lái)說(shuō)，傳感器需要有高精度，高可靠性，而且穩(wěn)定性必須要好。智能機(jī)器人在感知系統(tǒng)的幫助下，能夠自主完成人類(lèi)指定的工作。如果傳感器的精度稍差，便會(huì)直接影響機(jī)器人的作業(yè)質(zhì)量;如果傳感器不穩(wěn)定，或者可靠性不高，也很容易導(dǎo)致智能機(jī)器人出現(xiàn)故障。輕者導(dǎo)致工作不能正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成嚴(yán)重的事故，因此傳感器的可靠性和穩(wěn)定性是智能機(jī)器人對(duì)其最今本的要求。

例如一些需要在特殊環(huán)境，如常用在水下環(huán)境中的水下機(jī)器人，就常需大量采用MEMS加速度傳感器和陀螺儀等基礎(chǔ)元件，這是因?yàn)槌?/span>MEMS傳感器占用空間小以外，更重要的是，這類(lèi)傳感器對(duì)于一些微弱的模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換更為及時(shí)和強(qiáng)大，所以，MEMS傳感器是工業(yè)機(jī)器人行業(yè)研發(fā)和制造的理想配件。

傳感器的抗干擾能力

由于智能機(jī)器人的傳感器往往工作在未知的環(huán)境中，因此要求傳感器具有抗電磁干擾振動(dòng)灰塵和油垢等惡劣環(huán)境下干擾能力。重量輕，體積小同樣是機(jī)器人上傳感器的要求，對(duì)于安裝在機(jī)器人手臂等運(yùn)動(dòng)部件上的傳感器，重量一定要輕，否則會(huì)加大運(yùn)動(dòng)部件的損壞，影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。對(duì)于工作空間受到某種限制的機(jī)器人，對(duì)體積和安裝方向的要求也是必不可少的。

一些多關(guān)節(jié)機(jī)器人，例如蛇形多關(guān)節(jié)機(jī)器人，可以到某些較隱蔽的有空間限制的位置處進(jìn)行探測(cè)。另外，為了克服一些傳感器易受外界干擾的劣勢(shì)，有的機(jī)器人采用了不受電磁波干擾，可進(jìn)行非接觸性測(cè)量的紅外傳感器，實(shí)現(xiàn)了晝夜均可測(cè)量等多方面的優(yōu)勢(shì)。

傳感器的安全保護(hù)措施

智能機(jī)器人的安全問(wèn)題首先是它的自我保護(hù)，另外一方面則是機(jī)器人為保護(hù)人類(lèi)安全不受侵犯采取的措施。人類(lèi)在工作時(shí)，總是利用自己的感覺(jué)反饋，控制使用肌肉力量不超過(guò)骨骼和肌腱的承受能力。同樣，機(jī)器人在工作過(guò)程中，采用力和力矩傳感器來(lái)檢測(cè)和控制各構(gòu)件的受力情況，使各個(gè)構(gòu)件均不超過(guò)其受力極限，從而保護(hù)構(gòu)件不被破壞。為了防止機(jī)器人和周?chē)矬w的碰撞，需要采用各種觸覺(jué)傳感器和接近傳感器來(lái)防止碰撞。智能機(jī)器人的服務(wù)對(duì)象是人類(lèi)，為了保護(hù)人類(lèi)免受其害，智能機(jī)器人需要傳感器來(lái)限制自身的行為。  

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