傳感器是實(shí)現(xiàn)軟件智能的關(guān)鍵組件，沒有傳感器，很多復(fù)雜的操作就不能實(shí)現(xiàn)。它們不僅實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的操作，同時(shí)也保證這些操作在進(jìn)行的過程中得到良好的控制。
工業(yè)機(jī)器人中常用到的傳感器
在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，機(jī)器人需要傳感器提供必要的信息，以正確執(zhí)行相關(guān)的操作。2021年，全球工業(yè)機(jī)器人傳感器市場(chǎng)將以約8％的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）穩(wěn)步增長(zhǎng)。對(duì)于包括消費(fèi)者和汽車在內(nèi)的機(jī)器人傳感應(yīng)用，另一份報(bào)告明確指出，到2027年，視覺系統(tǒng)將單獨(dú)成就57億美元的市場(chǎng)，力傳感器市場(chǎng)將超過69億美元。
下面列出了工業(yè)機(jī)器人中最常用到的傳感器
·二維視覺傳感器
二維視覺是一個(gè)可以執(zhí)行從檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體到傳輸帶上的零件定位等多種任務(wù)的攝像頭。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。
·三維視覺傳感器
三維視覺系統(tǒng)必須擁有兩個(gè)不同角度的攝像機(jī)或激光掃描器，用以檢測(cè)對(duì)象的第三維度。例如，零件取放便是利用三維視覺技術(shù)檢測(cè)物體并創(chuàng)建三維圖像，分析并選擇較好的拾取方式。
·力/力矩傳感器
如果說視覺傳感器給了機(jī)器人眼睛，那么力/力矩傳感器則給機(jī)器人帶去了觸覺。機(jī)器人利用力/力矩傳感器感知末端執(zhí)行器的力度。多數(shù)情況下，力/力矩傳感器位于機(jī)器人和夾具之間，這樣，所有反饋到夾具上的力都在機(jī)器人的監(jiān)控之中。有了力/力矩傳感器，裝配、人工引導(dǎo)、示教、力度限制等應(yīng)用才得以實(shí)現(xiàn)。
·碰撞檢測(cè)傳感器
這種傳感器有各種不同的形式，其主要應(yīng)用是為作業(yè)人員提供一個(gè)安全的工作環(huán)境，協(xié)作機(jī)器人最需要它們。這些傳感器有各種形式，從攝像頭到激光等，目的是告訴機(jī)器人周圍的狀況。有些安全系統(tǒng)可以設(shè)置成當(dāng)有人出現(xiàn)在特定的區(qū)域/空間時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)減速運(yùn)行，如果人員繼續(xù)靠近，機(jī)器人則會(huì)停止工作。最簡(jiǎn)單的例子是電梯門上的激光安全傳感器。當(dāng)激光檢測(cè)到障礙物時(shí)，電梯門會(huì)立即停止并退回，以避免碰撞。
·其它傳感器
市場(chǎng)上還有很多的傳感器適用于不同的應(yīng)用。例如焊縫追蹤傳感器等。觸覺傳感器也越來越受歡迎。這類傳感器一般安裝在抓手上，用來檢測(cè)和感覺抓取的物體是什么，另外還有一些觸覺傳感器可以檢測(cè)熱量的變化。視覺和接近傳感器類似于自動(dòng)駕駛車輛所需的傳感器，包括攝像頭、紅外線、聲納、超聲波、雷達(dá)和激光雷達(dá)。將這些傳感器組合起來使用，機(jī)器人便可以確定尺寸，識(shí)別物體，并確定其距離。
工業(yè)機(jī)器人避障主要用到哪些傳感器？
移動(dòng)機(jī)器人需要通過傳感器實(shí)時(shí)獲取周圍的障礙物信息，包括尺寸、形狀和位置信息，來實(shí)現(xiàn)避障。避障使用的傳感器有很多種，目前常見的有視覺傳感器、激光傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等。
·超聲波傳感器
超聲波傳感器的基本原理是測(cè)量超聲波的飛行時(shí)間，通過d=vt/2測(cè)量距離，其中d是距離，v是聲速，t是飛行時(shí)間。
通過壓電或靜電變送器產(chǎn)生一個(gè)頻率在幾十kHz的超聲波脈沖組成波包，系統(tǒng)檢測(cè)高于某閾值的反向聲波，然后使用測(cè)量到的飛行時(shí)間計(jì)算距離。超聲波傳感器一般作用距離較短，普通的有效探測(cè)距離幾米，但是會(huì)有一個(gè)幾十毫米左右的最小探測(cè)盲區(qū)。由于超聲傳感器成本低、實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，是移動(dòng)機(jī)器人中常用的傳感器。
·紅外傳感器
一般的紅外測(cè)距都是采用三角測(cè)距的原理。紅外發(fā)射器按照一定角度發(fā)射紅外光束，遇到物體之后，光會(huì)反向回來，檢測(cè)到反射光之后，通過結(jié)構(gòu)上的幾何三角關(guān)系，就可以計(jì)算出物體距離D。
當(dāng)D的距離足夠近的時(shí)候，上圖中L值會(huì)相當(dāng)大，如果超過CCD的探測(cè)范圍，雖然物體很近，傳感器反而看不到了。當(dāng)物體距離D很大時(shí)，L值就會(huì)很小，測(cè)量精度會(huì)變差。因此，常見的紅外傳感器的測(cè)量距離都比較近，小于超聲波，同時(shí)遠(yuǎn)距離測(cè)量也有最小距離的限制。另外，對(duì)于透明的或者近似黑體的物體，紅外傳感器是無法檢測(cè)距離的。但相對(duì)于超聲來說，紅外傳感器具有更高的帶寬。
·激光傳感器
常見的激光雷達(dá)是基于飛行時(shí)間的（ToF，time of flight），通過測(cè)量激光的飛行時(shí)間來測(cè)距d=ct/2，類似前面提到的超聲測(cè)距公式，其中d是距離，c是光速，t是從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔。
比較簡(jiǎn)單的方案是測(cè)量反射光的相移，傳感器以已知的頻率發(fā)射一定幅度的調(diào)制光，并測(cè)量發(fā)射和反向信號(hào)之間的相移。
調(diào)制信號(hào)的波長(zhǎng)為lamda=c/f，其中c是光速，f是調(diào)制頻率，測(cè)量到發(fā)射和反射光束之間的相移差theta之后，距離可由lamda*theta/4pi計(jì)算得到。
·視覺傳感器
常用的計(jì)算機(jī)視覺方案也有很多種， 比如雙目視覺，基于TOF的深度相機(jī)，基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)等?；诮Y(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)發(fā)射出的光會(huì)生成相對(duì)隨機(jī)但又固定的斑點(diǎn)圖樣，光斑打在物體上，因?yàn)榕c攝像頭距離不同，被攝像頭捕捉到的位置也不相同。先計(jì)算斑點(diǎn)與標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖案在不同位置的偏移，利用攝像頭位置、傳感器大小等參數(shù)就可以計(jì)算出物體與攝像頭的距離。
雙目視覺的測(cè)距本質(zhì)上也是三角測(cè)距法，由于兩個(gè)攝像頭的位置不同，就像人的兩只眼睛一樣，看到的物體也不一樣。兩個(gè)攝像頭看到的同一個(gè)點(diǎn)P，在成像的時(shí)候會(huì)有不同的像素位置，此時(shí)通過三角測(cè)距就可以測(cè)出這個(gè)點(diǎn)的距離。
傳感器為智慧工廠提供觸覺，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。它能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息按一定規(guī)律變換成電信號(hào)或其他形式的信息輸出。在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中需要用各種傳感器來監(jiān)視和控制各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或較佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到較好的質(zhì)量。
