传感器技术在机器人上的应用研究

　　0　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[1]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[2]，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[3], 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[4]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[5]。南京农业大学[6]