傳感器和通信集成電路(IC)的進步,在當今最新一代機器人中發(fā)揮了重要作用。但是,正是小小部件,為機器人實現(xiàn)各種復雜的動作和執(zhí)行不同的任務發(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)是消費機器人、服務機器人、社交和工業(yè)機器人中最廣泛使用的傳感器技術(shù)之一。參見圖1.0。如今,消費機器人、服務機器人、社交和工業(yè)機器人中,幾乎每個關(guān)節(jié)都使用兩個或多個磁性角度位置傳感器IC。
對于每個運動軸或關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn),至少使用一個磁性角度位置傳感器。當今許多機器人都使用小型但功能強大的無刷直流電動機(BLDC)來移動機器人的關(guān)節(jié)和四肢。為了正確驅(qū)動電動機,需要電動機位置反饋。
圖1.0-帶有目標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)合電動機控制器提供電動機換向反饋。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器人關(guān)節(jié)的閉環(huán)電機。因此,對于機器人關(guān)節(jié),在每個運動軸上都需要兩個磁性角度位置傳感器。
例如,在需要在俯仰和滾動中都進行軸向運動的機器人腳踝的情況下,總共使用四個磁性位置傳感器。通過每個關(guān)節(jié)具有這種類型的多重連接,以及對大多數(shù)機器人所需的大量關(guān)節(jié)的認識,為什么磁性角位置傳感器在當今最新的機器人產(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械臂
為什么機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(一家機器人公司)的AS5047P和AS5600L,具有比以前在機器人關(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性。
另外,由于它們是用CMOS(互補對稱金屬氧化物半導體)硅制成的,所以與以往性位置傳感器技術(shù)(例如光學編碼器和分解器)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可以在非常嚴酷的環(huán)境中運行,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的整個磁性位置傳感器IC系列)甚至不受機器人工作環(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的機械部件,因此它們不會磨損,例如,不同于低成本社會/玩具機器人中使用的傳統(tǒng)伺服電機組件中常見的電阻式電位計。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今的消費者,專業(yè)服務和社交機器人,甚至現(xiàn)在的工業(yè)機器人中得到普遍使用。
存在傳感器
當今的機器人中已經(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)在當今的許多新型消費者和專業(yè)服務機器人中。
但是,包括激光檢測和測距(LIDAR)傳感器在內(nèi)的飛行時間傳感器等新的先進傳感器技術(shù)也越來越多地部署在機器人中。LIDAR提供了機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)行任務并向內(nèi)移動。請參見圖3.0。
圖3.0-激光雷達映射
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