本文來自微信公眾號“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，作者/黃山明。
隨著智能機(jī)器人的發(fā)展開始步入快車道，伴隨機(jī)器人技術(shù)而興起的各種智能傳感器也開始被更多行業(yè)所注意到，比如其中的接觸覺傳感器。這種傳感器如今不僅僅被用于機(jī)器人領(lǐng)域，在智能家居領(lǐng)域也開始得到廣泛的使用。
接觸覺傳感器的發(fā)展歷程
所謂的接觸覺傳感器，是一種能夠感知物體接觸力和形狀的傳感器，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、醫(yī)療器械、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域。它可以判斷機(jī)器人是否接觸物體，可以感知機(jī)器人與周圍障礙物的接近程度。接觸覺傳感器有微動開關(guān)、導(dǎo)電橡膠、含碳海綿、碳素纖維、氣動復(fù)位式裝置等類型。
其發(fā)展歷程最早可以追溯到20世紀(jì)70年代，在當(dāng)時機(jī)器人研究已經(jīng)成為熱點，但接觸覺技術(shù)的研究才剛剛開始，且研究成果很少。當(dāng)時對接觸覺的研究僅限于與對象的接觸與否、接觸力大小等，雖然有一些好的設(shè)想，但研制出的傳感器少且簡陋。
到了80年代，機(jī)器人觸覺傳感技術(shù)研究、發(fā)展的快速增長期開始，此期間對傳感器設(shè)計、原理和方法作了大量研究，主要有電阻、電容、壓電等原理和方法。從總體上看，80年代的研究可分為傳感器研制、觸覺數(shù)據(jù)處理、主動觸覺感知三部分，其突出特點是以傳感器裝置研究為中心主要面向工業(yè)自動化。
90年代后，對觸覺傳感技術(shù)的研究繼續(xù)保持增長并多方向發(fā)展。粗略來分的話，有關(guān)觸覺研究的文獻(xiàn)可分為：傳感技術(shù)與傳感器設(shè)計、觸覺圖像處理、形狀辨識等。
到如今，接觸覺傳感器技術(shù)應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域，如美國科研人員在內(nèi)窺鏡手術(shù)的導(dǎo)管頂部安裝觸覺傳感器，可檢測疾病組織的剛度，根據(jù)組織柔軟度施加合適的力度，保證手術(shù)操作的安全。
在智能家居中應(yīng)用的接觸覺傳感器
在智能家居領(lǐng)域中，除了我們熟知的非主動式智能家居外，如智能電飯煲、智能熱水器、智能洗衣機(jī)等，越來越多的主動式智能家居開始參與到我們的生活服務(wù)中來，比如智能掃地機(jī)器人、智能服務(wù)機(jī)器人等，這些機(jī)器人中便可以應(yīng)用到接觸覺傳感器。
當(dāng)將傳感器安裝在這些機(jī)器人中時，不僅能夠讓機(jī)器人可以更好的實現(xiàn)避障功能。而掃地機(jī)器人中，本身的感知系統(tǒng)一般采用超聲波測距儀、接觸和接近傳感器、紅外線傳感器和CCD攝像機(jī)等。
同時，接觸覺傳感器的應(yīng)用能顯著提升掃地機(jī)器人的性能。首先，通過超聲波測距儀和紅外線傳感器等，掃地機(jī)器人可以獲得周圍環(huán)境的詳細(xì)信息，包括家具、墻壁和其他障礙物的位置，從而規(guī)劃出最優(yōu)的清潔路徑。其次，接觸式傳感器和防碰撞傳感器能有效避免機(jī)器人在清潔過程中與墻壁、家具等障礙物發(fā)生碰撞，防止機(jī)器人和家具的損傷。
此外，掃地機(jī)器人還可以利用其強(qiáng)大的感知系統(tǒng)進(jìn)行更深層次的清潔。例如，兩個超大邊掃輪的設(shè)計，配合接觸式傳感器，可以使角落和地面掃得更徹底，更干凈。同時，在遇到懸崖邊緣時，防跌落傳感器能夠及時發(fā)出警告，防止機(jī)器人從高處跌落。
顯然，接觸覺傳感器的應(yīng)用不僅能提高掃地機(jī)器人的清潔效率，同時也能提高其自身的耐用性和使用壽命。
除了使用在掃地機(jī)器人中外，接觸覺傳感器可以被用于智能家居的安防系統(tǒng)中，判斷門窗是否被打開或關(guān)閉，或者檢測人體是否靠近家具或其他物體，以預(yù)防可能的碰撞或傷害。此外，接觸覺傳感器還可以應(yīng)用在智能床墊上，通過感知用戶的睡眠狀態(tài)，自動調(diào)整床墊的硬度或高度，提高用戶的睡眠質(zhì)量。
小結(jié)
接觸覺傳感器能夠檢測到人體接觸、壓力、力度等物理量，并將其轉(zhuǎn)化為電信號輸出。這項開發(fā)于傳統(tǒng)機(jī)器人中的傳感器也開始被越來越多的應(yīng)用到智能家居產(chǎn)品當(dāng)中，并且隨著未來人們對于生活品質(zhì)要求的提升，也讓接觸覺傳感器的應(yīng)用市場更加廣泛。
