传感器模组

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感知

适应变化的环境、更精确的定位和控制、高智能，需要更好的感知
感知有范围，有精度，描述对象的属性不一定正确，影响判断。需要在已有知识下迁移到新环境

现实世界 -> 感知 -> 预处理 （传感器，特征提取） -> 定位 （知识库） -> 规划 （高层级任务和外部命令）-> 运动

e.g. 海底机器人 Mesobot： 声学跟踪信标，立体摄像头 ……
感知、高级规划、模块化硬件
超声内窥镜：电磁传感器进行活体导航，配合外部电磁场发生器和 CT 实现针体控制
四足机器人：摄像头，加速度传感器，激光雷达，深度相机，力矩传感器……

传感器介绍

分类： 按测量内容：本体 / 外部
按能量来源：主动 / 被动

性能指标：

• 稳定性
• 响应时间（从被测值发生给定突变到输出稳定最终值的时间）
• 线性度（实际数据尽可能线性）
• 灵敏度（稳态下输出变化值和输入变化值之比，反应曲线的斜率）
• 分辨率（和位长有关，位长越长分辨率越大）
• 带宽或频率（能测量多快的信号，采样信号一般用两倍时长）
• 死区（输入量变化输出不变的区间）
• 误差
• 准确度，精确度

e.g. 自主移动机器人的传感器
电极编码器：电机轴的转动角度
超声距离传感器，超声波有反射透射折射的性质，速度和普通声波相同

机器人视觉系统

机器人视觉系统主要包括光源、镜头、相机、信息处理器、视觉算法软件等部分。

光源：

使物体的重要特征可见，同时抑制物体不需要的特征。

视觉传感器：

被动（相机），主动（扫描仪）
Cons：被动相机在外部光弱的情况下无法成像，无法获得物体的深度信息
-> 一对被动视觉传感器，能构成一套双目相机，获得深度

镜头：

焦距的大小决定视角的大小，光圈控制进光的多少
景深：被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围 焦距越短、光圈越小，景深越大

镜头分类：

• 标准镜头：视角 50 度，焦距 50mm 左右
• 广角镜头：视角大，畸变大
• 鱼眼相机：视角 180 度，极端的超广角镜头，用于天文观测
• 长焦镜头，视角小，景深小，视角小，畸变小，适宜人像、远距离拍摄

图像传感器：

• CCD 相机：电荷一位一位转移读取，速度慢
• CMOS 相机：光电转换后直接产生电压信号

异常检测和图像分析：划痕检测，土壤分析...
物体检测和识别：表计读出，文字识别...
物体分割和识别：病灶检测，人脸识别...
人机交互：手势分析，疲劳识别...
扫描测绘：工件建模，地形测绘...
无人驾驶：视觉导航，视觉定位...
环境理解：车辆检测，场景解析...
增强/虚拟现实：虚拟渲染，头/手跟踪...

视觉提供了一种几何测量的工具，也提供一种语义认知的工具
机器人视觉：三位语义满足作业需求

灰度信息受到太多外界因素干扰，几何语义空间大

柔性材料：赋予传统硬质轨迹电路可拉伸性
通过关键元件之间的分布设计以及蛇形互联单元的引入，构架岛桥结构

柔性电子皮肤的分类：力学结构、材料

光学式传感：通过光信号（强度，波长，偏振方向等）感知

摩擦电式传感：基于摩擦起电效应和静电感应，材料接触分离使产生瞬时电流。适合动态触觉（如手势识别）

磁弹性传感：磁性材料在外力下磁导率变化，通过线圈检测磁场变化。抗恶劣环境，但需要外部磁场激励。