傳感器解決機器人發展四大難題

傳感器解決機器人發展四大難題
▲傳感器解決機器人發展四大難題(圖/翻攝自機器人網,下同)

【原文:《傳感器解決機器人發展四大難題》,智慧機器人網編輯整理】

文、圖/機器人網

現代高端科技研製的各種類型機器人,已經在眾多的領域得到較廣泛的應用,佔有舉重輕足的地位。科學在不斷地發展,機器人製造工藝的各項性能水平也在不斷地得已提升。未來,隨著萬物互聯、智能感知時代的加速到來,機器人邁入信息化、智能化的新時代將大勢所趨,要想實現這一升級發展,對於機器人發展影響最大的幾門技術之中,除了人工智能、大數據、定位導航等之外,傳感器技術也起著至關重要的作用。

傳感器(Sensor)是一種檢測裝置,能夠感受到被測量的信息,並能將接收到的信息,按照一定的規律轉換成電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、儲存、顯示、記錄和控制等要求。對於機器人來說,傳感器就像機器人認識世界的媒介一般,賦予了機器人對外部環境的一切感知能力感知器官之於人類的視、力、觸、嗅、味等五種感知能力,讓物體有了像人一樣的感覺,讓物體慢慢變活,正像眼睛、鼻子、耳朵對於人體的作用一樣,傳感器在硬件中充當一個從外界接受信息的角色。今天工採網小編為大家簡單說說傳感器在機器人未來發展進程中又何作用?

機器人的視、力、觸、嗅、味等五種感知能力都需要傳感器傳輸,因此可以說傳感器對於機器人來說就像人類的各種感知器官,通過傳感器探測機器人外部工作環境和對象狀態:對各關節的位置、速度、溫度、載荷、電壓等信息進行探測和了解,進而反饋信息至控制器形成閉環控制,有效的保證和提昇機器人自身的運作和靈敏度。內部探測機器人自身工作狀況,通過內外結合的全面信息交互,傳感器真正實現讓“機器”變成“人”。

但由於行業起步晚、競爭壓力大,我國傳感器發展依然面臨四大困境。

一:關鍵技術尚未突破。傳感器的設計技術囊括了多種學科、理論、材料和工藝知識,突破起來十分困難,目前,在人才匱乏、研發成本高昂、企業惡性競爭激烈的情況下,我國還沒有突破傳感器一些共性關鍵技術。

二:產業化能力不足。由於我國企業技術實力的落後,行業發展規範尚未形成,導致國內傳感器產品不配套且不成系列,重複生產、惡性競爭的現象的多發,使得產品可靠性較差、低端偏移較為嚴重,產業化程度與品種和系列不成正比,只能長期依賴國外進口。

三:資源不集中。目前我國傳感器企業又1600餘家,但大都以小微企業為主,盈利能力不強,缺乏技術引領的龍頭企業,最終導致資金、技術、企業佈局、產業結構、市場等方面都變現出分散的狀態,資源得不到有效集中,產業發展也遲遲無法走向成熟。

四:高端人才較為匱乏。由於傳感器行業發展處於起步階段,資金、技術和產業基礎都較為薄弱,加之涉及學科多,要求知識面廣,新技術層出不窮,導致很難吸引到高端人才投身其中。此外,我國人才培養機制的不完善、不合理,也導致行業面臨人才缺乏問題。

如今,在政策和市場的驅動下,我國傳感器的產業生態日趨完備,設計、製造等環節均有骨幹企業參與其中,一些科研機構也建立了相關服務平台,助推產業創新發展。機器人發展仍然具有大趨勢、大路徑,未來我國祇要解決技術、人才等四方面的難題,就能推動機器人傳感器走向成熟。工採網作為傳感器的服務商提供了兩款用於機器人避障、測距的傳感器。關於具體的技術方案可以參考工採資訊《超聲波避障傳感器及超聲波測距傳感器在機器人中的應用》一文。

用於避障的傳感器

避障可以說是各種機器人最基本的功能,不然機器人一走動就碰到花花草草就不好了。機器人並不一定要通過視覺感知自己前方是否有障礙物,它們也可以通過觸覺或像蝙蝠那樣通過聲波感知。

MaxBotix 超聲波避障傳感器——MB1043是一款高分辨率(1mm)、高精度低功耗的超聲波傳感器,它在設計上,不僅對乾擾噪音做了處理,具備抗噪音干擾能力。而且對於大小不同的目標,和變化的供電電壓,做了靈敏度的補償。另外還具備標準的的內部溫度補償,使得測量出來的距離數據更加精準。應用於室內環境,它是一款很不錯的低成本解決方案!

用於測距的傳感器

機器人光知道哪個方向有障礙物並不夠,還必須知道障礙物距離自己具體有多遠,才好判斷下一步的行動。這時我們就需要測距傳感器。超聲波測距傳感器是一種很常見的測距傳感器,依靠超聲波的發射與反射接收中的時間差來判斷距離,這和動物界的蝙蝠是一樣的,算是仿生學的一項應用。

MaxBotix 人體測距傳感器超聲波傳感器——MB1014專為行人和對象檢測而設計,在同一環境中允許多個傳感器同時運行,並且很少或幾乎不會受到其他超聲波傳感器經常發生的相互干擾影響。這款傳感器具有15.2cm~6.45m的檢測距離、2.5V~5.5V供電、2mA典型電流消耗、42KHz的工作頻率、極地的功耗、測量週期短等特點,非常適合多傳感器操作或電池供電系統,一旦收到命令開始測距,即獲悉周圍環境。MB1014的主要特性是具備易於使用的邏輯(高/低)輸出、RS232格式串行輸出。因此超聲波測距的優點在於測量範圍較大且不使用光學信號,所以被測物體的顏色對於測量結果沒有影響,但其成本較高。由於它依靠聲速測距,所以對於一些影響聲速的因素較敏感,比如溫度、風速等,而且最大允許角度較小。

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