机器人感觉信息处理技术分析

潘煌

摘要：在我国社会经济水平以及科学技术水平不断提高的背景下，越来越多的新兴科学技术应用于社会生产生活中。工业机器人技术是我国当前着重发展的一种新型科技，其融合了多行业领域知识科技，具有多种优势优点，将其充分应用于我国工业生产中，能够发挥出其功能与价值，推动我国工业持续健康发展。机器人信息处理是机器人发展的核心技术，决定了机器人的运动稳定性与可靠性，机器人通过传感器得到视觉、听觉、触觉等信息，相当于人类的“大脑”。基于机器人的基本结构组成与特性，系统论述了机器人感觉信息处理核心技术与信息处理技术，研究结果以期为提升相关研究人员对机器人的研究提供理论参考与借鉴。

关键词：机器人；感觉；信息处理

引言

机器人身上安装了许多传感器接收外部信息，目前常见的机器人传感器主要包括视觉传感器、触觉传感器、位移传感器、气敏传感器、光敏传感器和声敏传感器等，外界信息由传感器传给机器人体内的计算机，将相关信息处理后，机器人就会像人类一样拥有各种感觉，如听觉、触觉和视觉，比如机器人有距离的感觉，有力气大小的感觉，能识别物体和颜色，能感知外界温度变化等。

1工业机器人技术分析

1.1工业机器人机械结构

对工业机器人而言，以机械结构为主要标准划分为串联和并联机器人，前者采用了串联机械机构，主要是通过减速器和电机来为其提供驱动，并选择旋转关节为该过程中的作用点，这样一来在单一轴运行运转阶段不会对其他轴坐标原点产生任何影响。而并联机器人机械结构涉及两个及以上独立运动链，且拥有大于两个的自由度，通过并联方式来实现驱动的效果。将两种工业机器人类型进行对比得知，虽然串联工业机器人操作起来相对比较简单，然而其位置反解操作具有比较大的难度，而并联工业机器人位置反解较为简单，但是位置正解较为困难，具有微动精度较高、刚度大一级运动负荷小等优势。在实际的应用过程中，需要根据不同工业生产的需求选择不同类型工业机器人。

1.2工业机器人驱动系统

当前工业机器人的驱动系统主要有三种类型，分别为液压驱动、电机驱动以及气压驱动，其中液压驱动方式多出现在早期工业机器人中，在实际应用阶段存在低速稳定性差、运行噪声大及泄压明显等相关问题，同时功率单位换算具有相对比较复杂的流程。如今，随着工业机器人技术的发展，极大地推动了液压驱动类型机器人发展，且不断有相关研究企业取得了良好的研究进展，逐步克服液压驱动中冲击荷载大、机械部位形变对机器人影响大等问题与不足。电机驱动是液压驱动之后出现的一种机器人驱动方式，并且不同电机种类所具有的应用范围不同。例如，直流伺服电机采用了闭环控制方式，并且被广泛应用在高精度工业机器人中，而直流电机则主要被用于超高速或超低速工业机器人中，具有结构简单、磨损小、高加速度等优势。

1.3工业机器人感知系统

在工业机器人中，感知系统发挥着不可替代的作用，其一般是对工业机器人所处环境和内部运行状态给予更加真实的感知，并将收集的信号按照一定的方式转化为数字信号，以确保机器人程序可以识别，随后生成相对应的参数信息。当前工业机器人技术大部分采用视觉伺服技术，其一般是将视觉信号作为反馈信号，以实现对机器人运行环境和运行状态的全面感知，并结合感知情况来对其姿态、位置等进行实时调整。

1.4工业机器人运动规划

工业机器人运动规划系统的主要功能与作用是根据工业机器人感知系统所获得的现场信息来对机器人运动路径给予科学、合理的规划，以此来确保机器人运动路径与障碍物之间能够保持安全距离，并提高工业机器人操作行动的高精度性，保障工业机器人能够在工业生产中充分发挥其功能与作用。

2机器人感觉信息处理技术

2.1内部传感器

2.1.1位移（角度）传感器

位移（角度）传感器主要用于检测机器人的直线运动（角运动）。位移传感器主要分为电阻式、电感式、电容式和编码器等。

2.1.2测速发电机

测速发电机主要是利用发电机原理测定速度。按照其构造可以分为直流测速发电机、交流测速发电机和感应式交流测速发电机。

2.1.3光学编码器

光学编码器是机器人关节伺服系统中常用的一种检测装置，其本质是一种量化式的模拟数字转换器，将机械运动过程中的转角值或者运动位移转换成相应的电脉冲，一般分为增量式和绝对式两种。增量式光学编码器是在编码盘上，其读数起始点是不固定的，从读数起始点开始，将机器人运动的位移量进行累计检测，所以只能检测数值的增量。绝对式光学编码器的读数起始点是固定的，可以同时检测机器人的位移初始量和增量。

2.2触觉传感器

（１）接触传感器主要是当规定的位移或者作用力作用到可动部分时，基础开关接通或者断开，并发出相应的信号。主要为单向微动开关。（２）非接触开关，又被称为接近开关，主要包括高频振荡式、磁感应式、电容感应式、超声波式、气动式、光纤式等多种接近开关。（３）触须传感器，主要是由须状触头及其检测部件组成。触头主要由一定长度的柔性软条丝构成，与接触物体所产生的弯曲由在根部的检测单元检测。触须传感器的主要功能是识别接近的物体，用于确认所设定的动作结束，并根据接触发出相关回避信号确定搜索物体是否存在。

2.3力觉传感器

力和力矩传感器主要适用于检测机器人内部或者外部环境之间的相互作用力。力不是直接测量的物理量，主要是通过其他物理量间接测量。其测量方式主要如下：（１）通过检测相关物体的弹性变形测量力，如应变片、弹簧的变形等；（２）通过检测物体压电效应测定；（３）通过检测物体压磁效应测定；（４）对于速度传感器、液压马达驱动等设备，可以通过检测电动机电流和液压马达油压等方式测量力。

2.4视觉传感器

机器人视觉系统类似于人的视觉信息系统，主要包括图像传感器、数据处理系统及计算机处理技术等。其主要工作过程是基于视觉传感器获取图像信息，通过视觉处理器对图像进行处理与分析，得到相关图像的描述，并根据特定的任务提供有效信息，进而指导机器人进行相关动作。

2.5多传感器信息融合技术

多传感器信息融合（ＭＳＩＦ）是利用计算机技术将来自多传感器或多源的信息和数据，在一定的准则下加以自动分析和综合，以完成所需要的决策和估计而进行的信息处理过程。多传感器信息融合是用于包含处于不同位置的多个或者多种传感器的信息处理技术。随着传感器应用技术、数据处理技术、计算机软硬件技术和工业化控制技术的发展成熟，多传感器信息融合技术已形成一门热门新兴学科和技术。我国对多传感器信息融合技术的研究已经应用于信息的定位和识别等工程领域。

结束语

机器人是集机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制技术和人工智能技术等学科的最新技术产物，是当代科学技术发展的研究热点之一，被广泛应用于电子、物流、化工、农业和医学等各个工业领域之中。本研究基于机器人基本结构与工作原理，开展机器人感觉信息系统的研究，系统论述了机器人的感觉信息核心技术。研究结果以期为机器人感觉信息处理技术的进一步发展提供新的思路。

参考文献

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