传感器和通信集成电路（IC）的进步，在当今最新一代机器人中发挥了重要作用。但是，正是小小部件，为机器人实现各种复杂的动作和执行不同的任务发挥出重要的作用。然而，随着大规模的生产，小型的和低成本的传感技术出现并产生了融合。

我们现在梳理，在下一代机器人中，起主要作用的几种关键传感器技术包括：磁性位置传感器、存在传感器、手势传感器、力扭矩传感器、环境传感器和电源管理传感器。

然而，磁性位置传感器，却是机器人革命中鲜为人知的英雄。

磁性角度位置传感器集成电路（IC）是消费机器人、服务机器人、社交和工业机器人中最广泛使用的传感器技术之一。参见图1.0。如今，消费机器人、服务机器人、社交和工业机器人中，几乎每个关节都使用两个或多个磁性角度位置传感器IC。

对于每个运动轴或关节旋转，至少使用一个磁性角度位置传感器。当今许多机器人都使用小型但功能强大的无刷直流电动机（BLDC）来移动机器人的关节和四肢。为了正确驱动电动机，需要电动机位置反馈。

图1.0-带有目标定位磁铁的磁性位置传感器

越来越多地使用磁性角度位置传感器IC向联合电动机控制器提供电动机换向反馈。参见图2.0。此外，还需要关节齿轮角度位置反馈来控制机器人关节的闭环电机。因此，对于机器人关节，在每个运动轴上都需要两个磁性角度位置传感器。

例如，在需要在俯仰和滚动中都进行轴向运动的机器人脚踝的情况下，总共使用四个磁性位置传感器。通过每个关节具有这种类型的多重连接，以及对大多数机器人所需的大量关节的认识，为什么磁性角位置传感器在当今最新的机器人产品中如此多产很快就变得显而易见。

图2.0–带有磁性位置传感器的机械臂

为什么机器人要选择磁性角度位置传感器IC呢？

今天最新的磁性角度位置传感器，例如ams（一家机器人公司）的AS5047P和AS5600L，具有比以前在机器人关节中采用的竞争性位置传感器技术更多的优势。这些新型磁性角度位置传感器IC具有高分辨率和可重复性。

另外，由于它们是用CMOS（互补对称金属氧化物半导体）硅制成的，所以与以往性位置传感器技术（例如光学编码器和分解器）相比，它们需要的功率、重量和空间都非常小。此外，磁性位置传感器IC可以在非常严酷的环境中运行，包括极端温度以及肮脏多尘的环境。某些磁性位置传感器（例如ams的整个磁性位置传感器IC系列）甚至不受机器人工作环境中常见的杂散磁场的影响。

最后，由于它们是非接触式的并且没有移动的机械部件，因此它们不会磨损，例如，不同于低成本社会/玩具机器人中使用的传统伺服电机组件中常见的电阻式电位计。正是由于所有这些固有的优势，磁性角度位置传感器才在当今的消费者，专业服务和社交机器人，甚至现在的工业机器人中得到普遍使用。

存在传感器

当今的机器人中已经集成了多种临场传感器技术，并且它们的信息也被融合在一起，以提供机器人空间视觉传感以及物体检测和躲避。2D和3D立体视觉摄像头普遍出现在当今的许多新型消费者和专业服务机器人中。

但是，包括激光检测和测距（LIDAR）传感器在内的飞行时间传感器等新的先进传感器技术也越来越多地部署在机器人中。LIDAR提供了机器人正在操作的空间和周围环境的高分辨率3D映射，以便它可以更好地执行任务并向内移动。请参见图3.0。

图3.0-激光雷达映射

类似地，超声传感器被用于存在感测。与后备汽车中用于安全警报系统的同类产品一样，机器人中的超声波传感器用于检测附近的障碍物并防止它们撞到墙壁，物体，其他机器人和人类中。

此外，他们可以在执行主要功能任务的机器人中扮演角色。因此，超声波传感器在近场导航和避障方面发挥着重要作用，最终提供了整体上改善的机器人性能和安全性。

但是，超声波传感器的范围有限，从大约一厘米到几米不等，并且最大方向锥大约为30°。它们的成本相对较低，并且在近距离范围内具有良好的精度，但是其精度会随着范围和测量角度的增加而下降。

它们还容易受到温度和压力变化的影响，并且容易受到其他近距离机器人的干扰，这些机器人使用调谐到相同频率的超声波传感器。但是，当与其他存在传感器结合使用时，它们可以提供有用且可靠的位置信息。

当所有这些存在传感器（2D/3D摄像机，LIDAR和超声波）数据融合在一起时，正如我们现在开始在高端消费者/专业服务机器人和工业机器人中所看到的那样，这些机器人能够实现空间感知，并在不伤害自己，人员或周围环境的情况下移动并执行更复杂的任务。

人机交互中使用的手势传感器手势传感器也越来越多地集成到当今一些最复杂的机器人中，以帮助提供用户界面命令。手势传感器技术包括光学传感器和机器人操作员佩戴的控制臂带传感器。

使用基于光学的手势传感器，可以训练机器人识别特定的手部动作并基于特定的手势或手部动作执行某些任务。这些类型的手势传感器在家庭或医院为残疾人和有限的通信能力以及智能工厂提供了许多机会。

使用臂带控制传感器，佩戴者可以根据操作员如何移动和打手势自己的手臂来通信和控制协作工业、医疗或军事机器人，以执行和/或模仿某些任务。例如，外科医生在每条手臂上都戴上臂章传感器，可以控制一对远程医疗机器人手臂进行手术，可能远至地球的另一侧。

运动传感器和存在传感器之间有什么区别？

不仅系统集成商，而且房屋的业主也常常想知道–存在、移动和占用探测器的区别是什么？不幸的是，这些术语经常以不正确的方式使用，我们需要弄明白“运动”和“存在”传感器之间的主要区别。

两个传感器均来自同一系列的设备。但是，由于（或应归功于）技术的发展，两种传感器都开始以单独的方式进行开发，创建了两种创建电报并在总线上发送电报的新方式。因此，了解差异最重要：

运动传感器：检测步行运动

运动检测器感知选定检测区域中的步行运动并做出相应响应：一旦环境光水平降至预选的阈值以下，则在检测到运动时，灯将被打开。在设定的时间后，灯会再次关闭。

运动传感器的推荐用途包括检测室外或繁忙的室内区域（如走廊或走廊）中的移动物体。

由于灵敏度较低，因此价格较低，因此与其他检测器相比，运动传感器的使用频率更高，因此在新的和现有的安装中更容易找到运动传感器。

存在传感器：检测最小的运动

与将检测手臂运动的运动传感器相比，存在传感器将检测手指的运动。它们采用极高的分辨率，精度和传感器技术，可以响应微小的运动。

在久坐的区域，例如办公室和教室，尤其需要高保真度，在这些区域中，长时间不发生大的运动，但是仍然需要照明。另外，存在传感器有可能克服更长的距离，这意味着它们可以轻松地放置在较高的天花板上，例如在体育馆和仓库中，并且仍然能够检测到地面上的运动。由于它们检测到最小的运动，因此存在传感器也称为占用传感器。

运动传感器和存在传感器，两种传感器都有一个非常重要的共同点：能源效率

根据您的需要和要求，借助此信息，现在可以更轻松地在运动传感器和存在传感器之间进行选择。但是，完全不受您的选择影响的是，这两种传感器都可以为照明以及其他应用实现更高的能源效率。

由于不必通过人为交互来进行切换，因此仅在房间被占用时或在进行移动时才打开灯。不必担心遗忘的灯光，能源将自动更有效地利用。

力扭矩传感器

力扭矩传感器也越来越多地用于当今的下一代机器人中。力扭矩传感器不仅用于机器人的末端执行器和抓爪，而且现在还用于机器人的其他部分，例如，躯干、手臂、腿部和头部。这些特殊的力扭矩传感器用于监视肢体速度运动，检测障碍物并向机器人的中央处理器提供安全警报。

例如，当机器人手臂中的力扭矩传感器检测到由于手臂撞击物体而产生的突然而意外的力时，其控制安全软件可能会导致手臂停止运动并缩回其位置。

力扭矩传感器还与存在传感器以及其他安全监视传感器（例如环境传感器）配合使用，以提供总体安全区域监视功能。

环境传感器

各种环境传感器也正在进入工业和消费机器人领域。可以检测有关空气质量的VOC（挥发性有机化合物）的环境传感器，温度和湿度传感器，压力传感器，甚至可以检测照明的传感器。这些传感器不仅有助于确保机器人可以继续有效且安全地运行，而且还可以使机器人本地人员意识到不安全的环境状况。

电源管理传感器

电源管理传感器也集成到当今的自动机器人中，以帮助延长机器人在两次充电之间的工作时间，并确保锂离子电池（当今自动机器人中最常见的电池）在使用时不会过热充电或耗尽。参见图4.0。

电源管理传感器还用于电压调节以及机器人关节电机的电源和热管理领域。所有机载机器人电子设备，例如微处理器，传感器和执行器，都需要低噪声纹波电源和调节器，以确保它们高效且正确地工作。

用于机器人电源管理的最新传感器解决方案包括用于电池放电和充电的库仑计数，用于电压调节器的精确可靠的过热监控传感器以及电池管理设备中的电流传感器。

图4.0电源管理-在自动机器人中至关重要

由于所有这些新传感器技术的集成和融合，当今的最新机器人可以更加独立和安全地运行。此外，由于在计算能力、软件和人工智能方面的显着改进，并且与这些新的传感器技术协同工作，这种下一代机器人可以更轻松地适应各种应用需求。

而且，他们可以比前任更准确，更快地执行任务。最后，他们可以在更广泛的家庭，企业和制造环境中与人类进行更独立，协作和安全的操作和工作。