移动机器人 | 传感器及分类

要使移动机器人拥有智能，对环境变化做出反应，移动机器人须具有感知环境的能力。

用传感器采集信息是移动机器人智能化的第一步。其次，如何采取适当的方法将多个传感器获取的环境信息加以综合处理，控制移动机器人进行自主导航和智能作业，则是提高移动机器人智能程度的重要体现。

因此，传感器及其感知处理系统是构成移动机器人智能的重要部分，它为移动机器人自主导航和智能作业提供决策依据。

移动机器人的感知系统通常由多种传感器组成，用于感知机器人自身状态和外部环境，通过此信息决策和控制机器人完成特定或多项任务。

目前，使用较多的移动机器人传感器有姿态传感器、接近觉传感器、距离传感器、视觉传感器等。

传感器及分类

研究机器人，首先从模仿人开始。通过考察人的劳动发现，人类是通过5种熟知的感官（视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉）接收外界信息的。这些信息通过神经传递给大脑，大脑对这些分散的信息进行加工、综合后发出行为指令，调动肌体（如手足等）执行某些动作。

如果希望机器人代替人类劳动，则发现大脑可与当今的计算机相当，肌体与机器人的机构本体（执行机构）相当，五官可与机器人的各种外部传感器相当。也就是说，计算机是人类大脑或智力的外延，执行机构是人类四肢的外延，传感器是人类五官的外延。移动机器人要获得环境的信息，同人类一样需要通过感觉器官得到信息。人类具有五种感觉，即视觉、嗅觉、味觉、听觉和触觉，而移动机器人是通过传感器得到这些感觉信息的。

传感器处于连接外界环境与机器人的接口位置，是移动机器人获取信息的窗口。自主导航的移动机器人需要一些固定式机器人不需要的特殊传感器。从安全方面考虑，非常有必要为移动机器人配备多个传感装置，例如，使机器人避免碰撞或利用传感器反馈的信息进行导航、定位以及寻找目标等多种不同的传感器，即接触式触觉传感器、接近传感器、局部及整体位置传感器和水平传感器、视觉等多种传感器。

移动机器人需要的最重要，也是最困难的传感器之一是定位传感器。局部和整体位置信息往往都需要。这种信息的准确度对确定移动机器人控制策略也是很重要的，因为移动机器人作业的成功和准确与其定位的成功和准确直接有关。在室外环境，移动机器人可利用全球定位系统（Global Position System，GPS）或一些组合惯导进行定位。在室内，移动机器人可利用内部编码器、陀螺仪或惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）等传感器通过航迹推算进行定位。这些传感器对短距离可提供准确信息，而由于轮子打滑以及其他因素，对长距离可能造成大的累积误差。

所以，一些可修正位置的定位算法也是需要的。此外，移动机器人对外部环境感知的传感器也是十分重要的，只有正确的感知环境，进而建立环境的地图模型，才能使移动机器人在工作环境中更好地完成其任务。

移动机器人传感器一般可分为内部的和外部的。内部传感器用来确定移动机器人在其自身坐标系内的姿态位置，如用来测量位移、速度、加速度和应力的通用型传感器。外部传感器则用于移动机器人本身相对其周围环境的定位。外部传感器负责检测诸如距离、接近程度和接触程度之类的变量，便于移动机器人的引导及物体的识别和处理，从而以柔性方式与环境互相作用。

尽管距离传感器和接近觉传感器在提高移动机器人性能方面具有重大的作用，但视觉被认为是移动机器人重要的感觉能力。视觉传感器使移动机器人能获取外部环境更丰富、更有用的信息，可为更高层次的移动机器人控制提供更好的适应能力，从而提高移动机器人的智能。使用传感器进行感知的技术，使移动机器人在应付环境时具有较高的智能是移动机器人领域中一项活跃的研究和开发课题。