5.1　传感器感知

一些传感器是转换器，是将一种能量形式转换为另一种能量形式的装置。转换器用于感知不同形式的能量，比如：

·磁力

·运动

·力

·电信号

·辐射

·热量

根据所需要感知或操控的信号或过程的类型，可以用转换器进行输入或输出转换。传感器是输入设备，它将一个物理量转变为一个相应的电信号，然后映射为一个测量。物理量通常是非电的。

例如，声波是一种扰动模式，是由声源经空气进行能量传播时的运动所致。一个声传感器本质上是检测这种能量形式的麦克风。

注释

许多声传感器不过是一个检测声波并随后将它们转化为电模拟信号的动态麦克风。

电信号由隔膜产生，隔膜是收集声波的一个薄金属片，该声波导致环绕隔膜的磁铁振动。磁铁的振动导致环绕磁铁的金属丝线圈也随之振动，这就导致线圈产生了电流子，此时就转换为电信号。于是，传感器就产生了一个反映原始声波响度或柔软程度的信号。图5-1给出了声传感器由声波到电信号的转换，电信号测量以分贝为单位。

图5-1　声传感器的声波转换

传感器测量存在于机器人环境中的不同能量形式。大多数时候我们指的是机器人的“外部”环境，但也有测量机器人内部环境——机器人内部状态的传感器。这些传感器称为本体传感器。陀螺仪、加速度计和罗盘传感器都是本体传感器。

注释

陀螺仪可以计算方向变化，即以转/每分（rotations per minute）或度/每秒（degrees per second，RPM）为单位的旋转运动或角度矢量。加速度计测量机器人的加速度，以m/s2或重力为单位。罗盘传感器测量地球的磁场，计算反映机器人朝向的磁航向。

测量机器人与外部环境的交互、接触或影响的传感器称为外部感受传感器。机器人是这类接触、接近或测距传感器的基准点。

注释

接触式传感器用于测量机器人与环境中某个其他目标之间的接触。接近传感器测量相对（机器人）附近目标的距离，但该目标不接触机器人传感器。超声波和光传感器是接近传感器的例子，它们使用超声波和光来测量其相对一个目标的距离。

测量环境中物理量（比如表面温度、液体中的pH值、混浊度、气压和磁场）的传感器称为环境传感器。这些物理量与机器人的视角无关。图5-2给出了与本体感受、外部感受、接近和环境传感器相关机器人的不同视角。表5-2列出了传感器类型、简单描述以及例子。

表5-2　机器人传感器类型

图5-2　机器人的传感器视角