我們常用的掃地機(jī)器人都有哪些傳感器？

任何機(jī)器人都離不開(kāi)傳感器，機(jī)器人要具備智能行為，就必須不斷感知外部環(huán)境并做出相應(yīng)的決策行為，而我們常用的掃地機(jī)器人都有哪些傳感器呢？包括超聲波傳感器、紅外測(cè)距傳感器、接觸傳感器、紅外光電傳感器、防碰撞傳感器、防跌落傳感器、防過(guò)熱傳感器、集塵盒防滿(mǎn)傳感器、邊緣檢測(cè)傳感器等眾多傳感器。

超聲波傳感器

超聲波是具有一定頻率范圍的聲波，它具有在同一介質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，在不同介質(zhì)的界面會(huì)發(fā)生反射。 利用該特性，可以根據(jù)該特性測(cè)量透射波和反射波。之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的功能。在掃地機(jī)器人中，避障功能的實(shí)現(xiàn)是基于超聲波測(cè)距原理。它的傳感器部分由三對(duì)組成（每對(duì)包括一個(gè)發(fā)射探頭和一個(gè)接收探頭），共六個(gè)超聲波傳感器頭。

頻率為40kHz、幅度為5V的超聲波信號(hào)由單獨(dú)的振蕩電路產(chǎn)生。在控制器發(fā)送的路徑選擇信號(hào)的作用下，將40kHz的振蕩信號(hào)加到超聲波發(fā)射探頭的兩端，從而產(chǎn)生超聲波信號(hào)給超聲波發(fā)射器。外部排放，當(dāng)信號(hào)遇到障礙物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射波。當(dāng)接收器接收到反射波后，可根據(jù)前述測(cè)距原理準(zhǔn)確判斷障礙物的距離；同時(shí)，根據(jù)信號(hào)的幅值也可以初步確定障礙物的大小。

超聲波傳感器采用直接反射檢測(cè)方式，位于傳感器前方的被檢測(cè)物體將發(fā)出的聲波部分傳回傳感器的接收器，使傳感器檢測(cè)到被檢測(cè)物體，并由單片機(jī)系統(tǒng)處理，確定大小、距離和一般屬性 前面的物體。

紅外測(cè)距傳感器

紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)在距離障礙物的不同距離處反射強(qiáng)度不同的原理來(lái)檢測(cè)障礙物的距離，紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射和接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收該頻率的紅外信號(hào)。當(dāng)紅外探測(cè)方向遇到障礙物時(shí)，紅外信號(hào)被反射回來(lái)接收。紅外線(xiàn)的返回信號(hào)經(jīng)過(guò)接收處理后，可用于識(shí)別周?chē)h(huán)境的變化。

觸摸傳感器

接觸式厚度測(cè)量通常采用電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、電位器式位移傳感器、霍爾位移傳感器等（見(jiàn)位移傳感器）。為了連續(xù)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的厚度，位移傳感器的活動(dòng)端常安裝滾動(dòng)觸點(diǎn)以減少磨損。接觸式厚度傳感器可以測(cè)量物體的高度和空間的大小，掃地機(jī)器人可以以此來(lái)檢測(cè)障礙物的高度，并做出進(jìn)一步的判斷來(lái)發(fā)揮其功能。

紅外光電傳感器

濁度傳感器的外殼固定在被測(cè)箱內(nèi)，以一定波長(zhǎng)的紅外發(fā)光二極管為檢測(cè)光源，穿透被測(cè)溶液，檢測(cè)透射光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè) 溶液的混濁程度，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光穿透待測(cè)溶液的介質(zhì)，被接收端的光電晶體管接收，產(chǎn)生光電流。由于溶液中所含的介質(zhì)、灰塵顆粒大小和密度不同，光電晶體管的光電流近似呈線(xiàn)性變化，濾波輸出后，得到與濁度相關(guān)的檢測(cè)信號(hào)。

防碰撞傳感器

由于各種因素的影響，掃地機(jī)器人遇到障礙物在所難免，為了應(yīng)對(duì)這種情況，我們利用光電開(kāi)關(guān)傳感器來(lái)感應(yīng)掃地機(jī)器人外部受到的撞擊以及撞擊的大致位置，以便掃地機(jī)器人做出相應(yīng)的決策。

掃地機(jī)器人前端設(shè)計(jì)有約180°的碰撞板，碰撞板左右兩側(cè)安裝光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)由一對(duì)紅外發(fā)射管組成。發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光通過(guò)機(jī)器人本體上的特殊孔被光電二極管接收。 當(dāng)機(jī)身的防撞板發(fā)生碰撞時(shí)，防撞板會(huì)堵住機(jī)身上的特殊孔。這阻礙了紅外線(xiàn)的接收將信息傳遞給控制系統(tǒng)，光電開(kāi)關(guān)的工作原理如圖所示，這種結(jié)構(gòu)可以避免測(cè)量盲點(diǎn)造成的誤差，掃地機(jī)器人任意方向的碰撞都會(huì)引起左右光電開(kāi)關(guān)的響應(yīng)，從而根據(jù)碰撞的方向做出相應(yīng)的響應(yīng)。

防跌落傳感器

為防止機(jī)器人在遇到臺(tái)階時(shí)跌落，機(jī)器人背部安裝了三個(gè)防跌落傳感器。防跌落傳感器還使用超聲波進(jìn)行距離測(cè)量，當(dāng)掃地機(jī)器人行進(jìn)到臺(tái)階邊緣時(shí)，防跌落傳感器利用超聲波測(cè)量掃地機(jī)器人與地面的距離。 當(dāng)超過(guò)限值值時(shí)，向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器控制掃地機(jī)器人轉(zhuǎn)向，改變掃地機(jī)器人的前進(jìn)方向，從而達(dá)到防止跌倒的目的。

邊緣檢測(cè)傳感器

邊緣檢測(cè)傳感器是一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)的觸發(fā)端設(shè)計(jì)為滑輪結(jié)構(gòu)，機(jī)器人兩側(cè)各安裝一個(gè)，保證機(jī)器人始終靠墻邊行走，這樣可以更好地清潔墻壁邊緣的死角。

陀螺儀

鑒于電子羅盤(pán)易受電磁干擾和光電編碼器因車(chē)輪打滑等不確定因素導(dǎo)致測(cè)角不準(zhǔn)確的特點(diǎn)，陀螺儀還需要一個(gè)傳感器來(lái)判斷物體的運(yùn)動(dòng)方向，可以準(zhǔn)確測(cè)量運(yùn)動(dòng) 發(fā)生上述情況時(shí)的對(duì)象，運(yùn)動(dòng)的角度。陀螺儀是一種用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的角度、角速度和角加速度的傳感器，可以有效解決上述問(wèn)題。