机器人及常用传感器

机器人

机器人有三个发展阶段，一是第一代机器人，也叫示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作，比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个力操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。抓一个鸡蛋，它能通过一个触觉，知道它的力的大小和滑动的情况。第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能，那么这个目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们不断的科学技术的发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。

那么从三代机器人发展过程中，从另一个方面，我们对机器人从应用的角度进行了分类，比如说工业机器人，它包括点焊、弧焊、喷漆、搬运、码垛，在工业现场中工作的这种机器人，我们统称为工业机器人，那么从不同的应用中，到水下去作业的叫水下机器人，到空间作业的叫空间机器人，同时又存在农业、林业、牧业，对医疗机器人叫医用机器人，还包括娱乐机器人，建筑和居室上用的机器人，所以从应用分类，它包括从行业、应用角度，也可以进行这样简单的分类。

机器人中常用的传感器主要有：用于避障的传感器，用于测距的传感器，用于亮度判断的传感器，用于测量速度的传感器，用于检测地面灰度的传感器。这里主要介绍用于Ⅰ、测距的传感器-GP2d12，Ⅱ、测量速度的传感器-光电编码器。Ⅲ、用于亮度判断的传感器-光敏电阻

Ⅰ、测距的传感器-GP2d12

机器人光知道哪个方向上有障碍物并不够，还必须知道障碍物距离自己具体有多远，才好判断下一步的行动。这时我们就需要测距传感器。测距传感器大多为非接触式的，目前在个人机器人制作领域用得比较多的是红外和超声波测距传感器两种。这里将介绍GP2d12红外传感器，这种传感器的优点是体积小，测量准确，电源电压与输出信号都较常规，一般单片机系统都可直接使用。

GP2d12是一款SHARP公司生产的红外线测距传感器，广泛应用在各个领域，在机器人制作过程中，我们也时常用它来进行机器人与障碍物之间的距离测量，行进速度等。

一、原理和功能：

红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。

二、产品规格参数：

1.测量射程范围：10 to 80 cm

2.最大允许角度：>40°

3.电源电压：

4.5 to

5.5V

4.平均功耗：35mA

5.峰值功耗：约200mA

6.更新频率/周期：25Hz/40ms

7.模拟输出噪声：<200mV

8.测量距离与输出模拟电压关系：2.4V~0.4V模拟信号对应10cm~80cm，输出与距离成反比非线性关系。

与Arduino连接使用简介:

GP2d12硬件电路简单，功能强大，使用方便。三个引脚分别接，数据传输线、G、VCC，将数据线与Arduino板的Analog IN引脚相连接。通过对Arduino编

程实现模拟量读取，程序简短好用。

三、GP2d12使用性能点评：

a)优点：

1. 红外传感器连接使用简单，对于1米以内的中距离测试精度良好、性能优越。

2. 数据测量值稳定，测量结果波动较小。

3. 数据传输稳定，程序读取简单不会在数据传输过程中出现卡死的现象，错误信号较少。

b)缺陷：

1. GP2d12测量范围有限，最大值80cm，并且从60cm开外的距离开始测量值的波动较大，与实际情况偏差增大。（60cm为室内环境的个人感受，不同环境所产生的干扰不同所以可能达到的精度也有所不同。）

2. 当障碍物（或目标）与红外传感器之间的距离小于10cm时，测量值将与实际值出现明显偏差，当距离值从10降至0的过程中，测量值将在10~35之间递增。（电压值与距离值关系：如图）

3. 红外传感器，使用时会受到环境光的影响，在室内使用时，传感器数据接收时可能会受到白炽灯光线的印象，产生一些非真的距离值。

四、GP2d12使用注意及使用优化方式：

1. 当多个GP2d12同时连接Arduino板使用时，由于供电量的增加，可能造成电压不稳定而对测量结果产生偏差。从硬件角度可以通过在VCC与GND之间接电容的方式来稳定对GP2d12的供电，减少供电电压波动对测量结果的影响，或者在GND与数据线之间接一个电容减小输出电压的波动略去可能出现的误差信号，提高数据稳定性。（接线见附录图）

2. 针对测量时可能产生的干扰和误差数值，可能从软件的角度进行改进和防止，通过多次的测量记录，排除一场输入量后，取均值来的到一个较为稳定更为接近实际值的测量数据。其次可以根据实际的使用要求，可以进行有效值的范围定义，过滤超出范围的测量结果，该范围可根据使用情况自行界定。

3. 针对红外传感器测量时，可能受环境光影响测量结果，在安放使用时竟可能避免传感器正对灯光的使用，可以将GP2d12的发射接收端水平放置进行测量，尽可能减少环境光带来的干扰。