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任何機(jī)器人都離不開傳感器，機(jī)器人要具備智能行為必須不斷感知外界環(huán)境，從而做出相應(yīng)的決策行為。而我們常用的掃地機(jī)器人有哪些傳感器呢？包含了超聲波傳感器、紅外測(cè)距傳感器、接觸式傳感器、紅外光電傳感器、防碰撞傳感器、防跌落傳感器、防過熱傳感器、灰塵盒防滿傳感器、邊緣檢測(cè)傳感器等眾多傳感器。他們分別有什么作用，下面勒夫邁就為大家一一介紹。
超聲波傳感器
超聲波是一種一定頻率范圍的聲波它具有在同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質(zhì)的界面處，會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，利用這一特性，就可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用。
在掃地機(jī)器人中，避障功能的實(shí)現(xiàn)正是利用了這一超聲波測(cè)距的原理它的傳感器部分由三對(duì)（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)超聲波傳感頭組成。
由單獨(dú)的振蕩電路產(chǎn)生頻率固定為40kHz，幅值為5V的超聲波信號(hào)在控制器送來的路選信號(hào)的作用下，40kHz的振蕩信號(hào)被加在超聲發(fā)射探頭的兩端，從而產(chǎn)生超聲信號(hào)向外發(fā)射；該信號(hào)遇到障礙物時(shí)，產(chǎn)生反射波，當(dāng)這一反射波被接收器接收后，根據(jù)前述測(cè)距的原理，就可以精確地判斷障礙物的遠(yuǎn)近；同時(shí)，根據(jù)信號(hào)的幅值大小，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式的檢測(cè)模式。位于傳感器前面的被檢測(cè)物通過將發(fā)射的聲波部分地發(fā)射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測(cè)到被測(cè)物，經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)處理判斷前方物體的大小、遠(yuǎn)近及大體屬性。
紅外測(cè)距傳感器
紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理，進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測(cè)。紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外信號(hào)，當(dāng)紅外的檢測(cè)方向遇到障礙物時(shí)，紅外信號(hào)反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理之后，即可利用紅外線的返回信號(hào)來識(shí)別周圍環(huán)境變化。
接觸式傳感器
接觸式厚度傳感器，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、霍耳式位移傳感器等（見位移傳感器）進(jìn)行接觸式厚度測(cè)量。為了連續(xù)測(cè)量移動(dòng)著的物體的厚度，常在位移傳感器的可動(dòng)端頭上安裝滾動(dòng)觸頭，以減少磨損。接觸式厚度傳感器可測(cè)量物體高度，空間大小。清潔機(jī)器人可利用這一點(diǎn)探測(cè)障礙物的高度，進(jìn)一步做出判斷發(fā)揮它的功能。
紅外光電傳感器（粉塵傳感器）
把渾濁度傳感器的外殼固定在被測(cè)箱體內(nèi)，采用一定波長的紅外發(fā)光二極管作為檢測(cè)光源，穿透被測(cè)溶液，檢測(cè)其透射光強(qiáng)來檢測(cè)溶液渾濁度的程度。紅外發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光穿透被測(cè)溶液的介質(zhì)，被接收端的光電三極管接受，產(chǎn)生光電流。由于溶液含有的介質(zhì)、灰塵顆粒大小、密度不同，光電三極管的光電流近似為線性變化。經(jīng)濾波后輸出，即得到與渾濁度相關(guān)的檢測(cè)信號(hào)。
防碰撞傳感器
因各種因素的影響，掃地機(jī)器人難免會(huì)有撞上障礙物的可能。為了處理這種情況，我們利用光電開關(guān)傳感器來感應(yīng)掃地機(jī)器人外部受到的碰撞，及碰撞的大概位置，以使掃地機(jī)器人做出相應(yīng)的決策。
在掃地機(jī)器人的前端設(shè)計(jì)了約180°的碰撞板，在碰撞板左右兩側(cè)各裝有一個(gè)光電開關(guān)。光電開關(guān)由一對(duì)紅外發(fā)射對(duì)管組成，發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光線通過掃地機(jī)器人機(jī)身特制的小孔被光敏二極管接受，當(dāng)機(jī)身碰撞板受到碰撞時(shí)，碰撞板就會(huì)擋住機(jī)身特制小孔，阻礙紅外線的接受從而向控制系統(tǒng)傳達(dá)信息。光電開關(guān)工作原理如圖所示。此結(jié)構(gòu)可避免測(cè)量盲區(qū)帶來的誤差。掃地機(jī)器人在任何方向上的碰撞，都會(huì)引起左右光電開關(guān)的響應(yīng)，從而根據(jù)碰撞的方向做出相應(yīng)的反應(yīng)。
防跌落傳感器
為了防止掃地機(jī)器人遇到臺(tái)階時(shí)跌落，在掃地機(jī)器人背面安裝3個(gè)防跌落傳感器。防跌落傳感器也是利用超聲波進(jìn)行測(cè)距。當(dāng)掃地機(jī)器人行進(jìn)至臺(tái)階邊緣時(shí)，防跌落傳感器利用超聲波測(cè)得掃地機(jī)器人與地面之間的距離，當(dāng)超過限定值時(shí)，向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器控制掃地機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)向，改變掃地機(jī)器人前進(jìn)方向，從而實(shí)現(xiàn)防止跌落的目的。
防過熱傳感器（溫度傳感器）
為了防止掃地機(jī)器人持續(xù)工作導(dǎo)致電機(jī)過熱，從而導(dǎo)致電路的燒毀，在掃地機(jī)器人電路板上安裝兩個(gè)溫度傳感器。當(dāng)掃地機(jī)器人工作一段時(shí)間電機(jī)溫度達(dá)到一定限度后一個(gè)溫度傳感器發(fā)送信號(hào)給控制器，控制器再控制掃地機(jī)器人暫時(shí)停止工作，并運(yùn)行散熱風(fēng)扇進(jìn)行散熱。當(dāng)溫度降到一定范圍后，另一個(gè)溫度傳感器發(fā)送信號(hào)給控制器，控制器再啟動(dòng)掃地機(jī)器人繼續(xù)工作。
光敏傳感器
床底、沙發(fā)底、柜子底等地方相對(duì)較臟，因此這些地方需要重點(diǎn)清掃，以保證清潔度。為實(shí)現(xiàn)此功能，在掃地機(jī)器人正面安裝8個(gè)光敏傳感器。
掃地機(jī)器人在床底或柜子底開始工作后，光敏傳感器接收的光強(qiáng)較弱。當(dāng)掃地機(jī)器人運(yùn)行離開床底或柜子底時(shí)，光敏傳感器接收到的光強(qiáng)發(fā)生變化，向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器發(fā)出控制信號(hào)后，使掃地機(jī)器人轉(zhuǎn)向，重新回到暗處，繼續(xù)進(jìn)行清掃。
灰塵盒防滿傳感器
為了檢查掃地機(jī)器人灰塵盒中的灰塵是否裝滿，在灰塵盒兩側(cè)安裝變介質(zhì)型電容傳感器。當(dāng)灰塵盒中灰塵高度到達(dá)電容傳感器高度時(shí)，電容傳感器中的介質(zhì)發(fā)生改變，由于灰塵的介電常數(shù)與空氣的介電常數(shù)不同，從而引起傳感器電容變化，傳感器將信號(hào)傳給控制器，控制器控制掃地機(jī)器人發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒主人應(yīng)該清理灰塵盒了。
低電量自動(dòng)返回充電功能
掃地機(jī)器人所帶電池容量有限，所以就需要在電量低時(shí)自動(dòng)返回充電基座進(jìn)行充電再返回原位置繼續(xù)打掃。當(dāng)電量低于限定值時(shí)，控制器會(huì)向紅外線發(fā)射器發(fā)送信號(hào)，紅外線發(fā)射器向四周發(fā)射紅外線。充電基座安裝有紅外線傳感器，感受到來自掃地機(jī)器人發(fā)射來的紅外線后，會(huì)向掃地機(jī)器人發(fā)射紅外線。掃地機(jī)器人內(nèi)部的紅外線傳感器接收到后會(huì)向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器就會(huì)控制掃地機(jī)器人按照接受到紅外線的方向找到充電基座，并自動(dòng)返回進(jìn)行充電。
邊緣檢測(cè)傳感器
邊緣檢測(cè)傳感器是一個(gè)機(jī)械開關(guān)，開關(guān)的觸發(fā)端設(shè)計(jì)成一個(gè)滑輪結(jié)構(gòu)，在機(jī)器人的兩側(cè)各裝有一個(gè)，用于保證機(jī)器人可以始終貼著墻的邊緣走。這樣就可以對(duì)墻壁邊緣死角部分進(jìn)行更好的清掃。
光電編碼器（速度傳感器）
光電編碼器是掃地機(jī)器人上的位置和速度檢測(cè)傳感器，掃地機(jī)器人上的光電編碼器通過減速器和驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸相連，并以增量式編碼的方式記錄驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的脈沖。由于光電編碼器和驅(qū)動(dòng)輪同步旋轉(zhuǎn)，利用碼盤、減速器、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間的物理參數(shù)，可將檢測(cè)到的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的角度，即機(jī)器人相對(duì)于某一參考點(diǎn)的瞬時(shí)位置，這就是所謂的里程計(jì)。光電編碼器已經(jīng)成為在電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部、輪軸，或在操縱機(jī)構(gòu)上測(cè)量角速度和位置的的裝置。因?yàn)楣怆娋幋a器是本體感受式的傳感器，在機(jī)器人參考框架中，它的位置估計(jì)是的。
電子羅盤（角度傳感器）
電子羅盤是利用地磁場(chǎng)，檢測(cè)電子羅盤模塊相對(duì)于地磁場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)角度的傳感器。電子羅盤模塊是由高可靠性的磁性傳感器及驅(qū)動(dòng)芯片組成，集成度非常高，實(shí)現(xiàn)了高可靠性、高精度、強(qiáng)抗磁場(chǎng)干擾的數(shù)碼電子羅盤功能。電子羅盤模塊有兩個(gè)磁性傳感器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成。磁性傳感器里面包含一個(gè)LR振蕩電路，當(dāng)磁性傳感器與地球磁感線平行方向夾角發(fā)生變化時(shí)，LR振蕩電路的磁感應(yīng)系數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。驅(qū)動(dòng)芯片通過磁性傳感器磁感應(yīng)系數(shù)的變化可以計(jì)算出磁性傳感器與地球磁感線之間的夾角，驅(qū)動(dòng)芯片可以連接三個(gè)磁性傳感器，這三個(gè)磁性傳感器方向互為垂直，這樣就可以測(cè)量在三維方向上與地球磁感線的夾角，從而得到當(dāng)前的三維方向。電子指南針模組只要得到水平方向上與地球磁感線的夾角就可以測(cè)得方向。
陀螺儀
針對(duì)電子羅盤容易受到電磁干擾以及光電編碼器會(huì)受到輪子打滑等不確定因素造成的角度測(cè)量不準(zhǔn)的特點(diǎn)，確定物體的運(yùn)動(dòng)方向還需要一個(gè)傳感器，在上述情況發(fā)生時(shí)能夠精確測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的角度。陀螺儀是用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的角度、角速度和角加速度的傳感器，它能夠有效解決上述問題。
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2025第21屆鄭州工業(yè)自動(dòng)化展
展會(huì)城市：鄭州市展會(huì)時(shí)間：2025-05-09