傳感器和通信集成電路（IC）的進(jìn)步，在當(dāng)今最新一代機(jī)器人中發(fā)揮了重要作用。但是，正是小小部件，為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的動(dòng)作和執(zhí)行不同的任務(wù)發(fā)揮出重要的作用。然而，隨著大規(guī)模的生產(chǎn)，小型的和低成本的傳感技術(shù)出現(xiàn)并產(chǎn)生了融合。

我們現(xiàn)在梳理，在下一代機(jī)器人中，起主要作用的幾種關(guān)鍵傳感器技術(shù)包括：磁性位置傳感器、存在傳感器、手勢傳感器、力扭矩傳感器、環(huán)境傳感器和電源管理傳感器。

然而，磁性位置傳感器，卻是機(jī)器人革命中鮮為人知的英雄。

磁性角度位置傳感器集成電路（IC）是消費(fèi)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、社交和工業(yè)機(jī)器人中最廣泛使用的傳感器技術(shù)之一。參見圖1.0。如今，消費(fèi)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、社交和工業(yè)機(jī)器人中，幾乎每個(gè)關(guān)節(jié)都使用兩個(gè)或多個(gè)磁性角度位置傳感器IC。

對于每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸或關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，至少使用一個(gè)磁性角度位置傳感器。當(dāng)今許多機(jī)器人都使用小型但功能強(qiáng)大的無刷直流電動(dòng)機(jī)（BLDC）來移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)和四肢。為了正確驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，需要電動(dòng)機(jī)位置反饋。

圖1.0-帶有目標(biāo)定位磁鐵的磁性位置傳感器

越來越多地使用磁性角度位置傳感器IC向聯(lián)合電動(dòng)機(jī)控制器提供電動(dòng)機(jī)換向反饋。參見圖2.0。此外，還需要關(guān)節(jié)齒輪角度位置反饋來控制機(jī)器人關(guān)節(jié)的閉環(huán)電機(jī)。因此，對于機(jī)器人關(guān)節(jié)，在每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸上都需要兩個(gè)磁性角度位置傳感器。

例如，在需要在俯仰和滾動(dòng)中都進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人腳踝的情況下，總共使用四個(gè)磁性位置傳感器。通過每個(gè)關(guān)節(jié)具有這種類型的多重連接，以及對大多數(shù)機(jī)器人所需的大量關(guān)節(jié)的認(rèn)識(shí)，為什么磁性角位置傳感器在當(dāng)今最新的機(jī)器人產(chǎn)品中如此多產(chǎn)很快就變得顯而易見。

圖2.0–帶有磁性位置傳感器的機(jī)械臂

為什么機(jī)器人要選擇磁性角度位置傳感器IC呢？

今天最新的磁性角度位置傳感器，例如ams（一家機(jī)器人公司）的AS5047P和AS5600L，具有比以前在機(jī)器人關(guān)節(jié)中采用的競爭性位置傳感器技術(shù)更多的優(yōu)勢。這些新型磁性角度位置傳感器IC具有高分辨率和可重復(fù)性。

另外，由于它們是用CMOS（互補(bǔ)對稱金屬氧化物半導(dǎo)體）硅制成的，所以與以往性位置傳感器技術(shù)（例如光學(xué)編碼器和分解器）相比，它們需要的功率、重量和空間都非常小。此外，磁性位置傳感器IC可以在非常嚴(yán)酷的環(huán)境中運(yùn)行，包括極端溫度以及骯臟多塵的環(huán)境。某些磁性位置傳感器（例如ams的整個(gè)磁性位置傳感器IC系列）甚至不受機(jī)器人工作環(huán)境中常見的雜散磁場的影響。

最后，由于它們是非接觸式的并且沒有移動(dòng)的機(jī)械部件，因此它們不會(huì)磨損，例如，不同于低成本社會(huì)/玩具機(jī)器人中使用的傳統(tǒng)伺服電機(jī)組件中常見的電阻式電位計(jì)。正是由于所有這些固有的優(yōu)勢，磁性角度位置傳感器才在當(dāng)今的消費(fèi)者，專業(yè)服務(wù)和社交機(jī)器人，甚至現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人中得到普遍使用。

存在傳感器

當(dāng)今的機(jī)器人中已經(jīng)集成了多種臨場傳感器技術(shù)，并且它們的信息也被融合在一起，以提供機(jī)器人空間視覺傳感以及物體檢測和躲避。2D和3D立體視覺攝像頭普遍出現(xiàn)在當(dāng)今的許多新型消費(fèi)者和專業(yè)服務(wù)機(jī)器人中。

但是，包括激光檢測和測距（LIDAR）傳感器在內(nèi)的飛行時(shí)間傳感器等新的先進(jìn)傳感器技術(shù)也越來越多地部署在機(jī)器人中。LIDAR提供了機(jī)器人正在操作的空間和周圍環(huán)境的高分辨率3D映射，以便它可以更好地執(zhí)行任務(wù)并向內(nèi)移動(dòng)。請參見圖3.0。

圖3.0-激光雷達(dá)映射