机器人感测器之探讨

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1、機器人感測器之探討篇名機器人感測器之探討作者張善鈞。台北市立萬芳高中。二年六班PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com機器人感測器之探討壹●前言機器人與機器最大的差別就是機器人擁有感測器，能對人類有回饋的作用，而機器就只能完全任由人或程式來操控，不會因外在的改變而影響自己的動作。感測器有如人的感覺器官，包括視覺、觸覺、聽覺，機器人如果有了這些感測器就能順應外在環境做出適當的動作。感測器有許多種，應用在機器人身上有多種不同的選擇。藉此研究我想更深入了解各種感測器的原理及其用途，加上最近正在參加機器人大賽，對感測器更加感

2、興趣，除了幾個常用的如：光源感測器、觸碰感測器及角度感測器外，還希望認識更多種用途的感測器，有助於我對機器人更深一層的了解。貳●正文底下我將針對機器人與感測器的相關性，以及何謂感測器、感測器的性能、分類及我所認識樂高的感測器等分別來論述。一、機器人與感測器機器人與感測器的關係是密不可分的，就如前言所提到的，機器人如果沒有感測器就只是機器而已，並沒有人的特性，他們兩者也可說是相輔相成的，機器人必須依賴感測器接收外在訊息；感測器也必須仰賴電腦將接收到的資訊加以處裡，如此才稱得上是一部完整的機器人。01.機器人定義根據我國科學家對機器人的定義：「機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器

3、具備一些與人或生物相似的智慧能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器」。而美國機器人學會對機器人的定義為「機器人是指可以重複改變程式，具有多功能的機械手臂，經由程式的改變來執行移動物料、工件、工具，或其他特殊裝置的工作」。（註一）02.機器人感測器機器人感測器的選擇必須針對檢出範圍、精確度、解析度、響應性能、靈敏度、直線性、穩定性，及互換性等性能因素予以仔細評估。機器人感測器的典型應用為工件位置與方位的辨識檢測及併排搜尋。目前常見的有觸覺、壓覺、滑動及視覺感測器，如此可檢測出物體接觸與否、接觸力大小、有無滑移現象及形狀辨識。（註二）1PDFcr

4、eatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com機器人感測器之探討二、何謂感測器感測器之定義為「將有關對象狀態的測定量轉換為信號系統的最初要素」。在「對象狀態」中有物理的狀態和化學的狀態，因機器人的控制是力學的問題，因此在此僅採用物理的狀態，而其輸出的「信號」也僅限於說明電器信號。（註三）01.輸出信號之能量感測器為了輸出電氣信號，需有兩種能量，其一從側定對象的物理量直接取出，並原封不斷的轉換為輸出信號的能量，稱之能量轉換型。其二利用從其他的能源所供應的能量型，如測定對象的物理量，控制來自電源的能量，得到輸出信號的能量稱之能量控制型。

5、02.物理定律在物理定律中，有保存定律、場定律、物質定律、統計定律。其中感測器使用的是場定律和物質定律。場定律是指說明電波或音波的能量擴散到空中的樣子。因其必須能有效取得能量擴大構造，故稱構造型感測器。物質定律是說明當物理性地刺激某種物質時，輸出哪種電能。因靠物質的性質故又稱物性型感測器。03.從物理現象直接取出電氣信號另有一稱之應變儀的感測器，是由電阻體所構成，利用改變電阻體長度而產生變化現象。若將應變儀貼附在彈性體上，就能進行力、長度、電量的轉換而成為力感測器。這種經由中間轉換，再轉換為最終電量的感測器稱為間接轉換型感測器。而應變儀是從長度轉換為電量的，是為直接轉換型感測器。04

6、.輸出信號之取得A.類比輸出型感測器像旋轉角度、速度、溫度那樣，從連續現象所產生的連續物理量轉換為連續的電氣信號，然後輸出的感測器稱之。B.數位輸出型感測器2PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com機器人感測器之探討把連續的物理量當作不連續的數值而輸出的感測器稱之。從連續出現的物理現象所輸出的信號對時間和大小而言都是連續。爲了將信號轉換為不連續的數值，必須有兩個過程，第一是用某時間間隔，切出信號的過程。第二是把大小劃分為若干的階段，量化所得到的值是以電腦所使用的二進位數來表示，此稱之數位化。05.絕對值式和相對值式感

7、測器亦能分為絕對值式和相對值式。現今沒有ㄧ個高精度能檢出整個物理量的感測器。A.絕對值式測定法:包括犧牲所檢出的物理量範圍，用一個感測器即可。犧牲精度，使用檢出範圍大的感測器。靠組合不同檢出範圍的多種感測器，來克服整個物理量。B.相對值式測定法:一面移動感測器能檢出的範圍，一面測定整個物理量。固定感測器能檢出的範圍，移動物理量進行策定。三、決定感測器性能的六個值（註四）感測器雖接收同一筆資訊，但因環境的不同，接收的數值可能略有差別，以下將介紹決定感測器性能