工业机器人传感器具体有哪些

工业机器人的传感器主要分为：

机器人的感觉系统的组成为视觉、 听觉、 触觉、嗅觉、味觉、平衡感觉。

工业机器人内部传感器大致可分为位置传感器、速度传感器、倾斜角传感器、方位角传感器和振动传感器。

3 .工业机器人外部传感器

机器人的外部传感器大致可分为力学传感器，触觉传感器，接近传感器，视觉传感器，滑觉传感器和热觉传感器等。

4 .工业机器人传感器应用

智能机器人对传感器有非常严格的要求，主要表现为：精度高，可靠性高，稳定性好；电磁干扰、振动、灰尘和油垢等恶劣环境下抗干扰能力。

看到上面这些术语，都是些专用词叙述，其实生活中我们也常用到一些电器开关如微型开关(称为执行器) 、限位开关、光电开关、电位器、旋转变压器、编码器。这些电梯里常用的电器就是构成内部传感器组成部分。光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

视觉传感器识别三维物体就是利用彩色摄像机和激光测距仪确定一段阶梯道路，彩色摄像机提供图像( 如颜 色、特征)，而激光测距仪提供距离信息， 两者融合即可获得三维信息。 而传感器融合系统则是，在每种传感器的使用条件和感知范围中，给出环境或对象的部分或整个侧面的信息，为了有效地利用这些传感器信息，采用某种形式对传感器信息进行综合、融合处理， 不同类型信息的多种形式的处理系统。

上面说白了就是传感器是为系统服务的，传感器多了，那么数据就会多，系统处理数据分析给出指令，而传感器的命令哪些为主哪些为辅，都是在编程序时设定完成，所以叫工业机器人，而不能叫智能机器人。传感器的处理系统才是以后发展的重难点。

探索人形机器人的奥秘（开卷知新）

丁 汉 陶 波

人们一直梦想拥有像人一样的智能机器助手。战国时期《列子·汤问》中的工匠偃师制造了能够模拟人类动作行为、能歌善舞的偶人；希腊神话中的赫菲斯托斯铸造了金属巨人塔罗斯以守护家园；经典科幻作品《我，机器人》畅想2035年机器人不仅具备高超的运动能力，还衍生出人类情感，高度融入人类生活。如今，随着人工智能与机器人技术迅猛发展，创造仿人智能伙伴的想法逐渐成为现实，人形机器人将在工业生产、医疗健康、科学探索等领域发挥重要作用，助力人类迈向更加美好的未来。

历经三大发展阶段，人形机器人通用化智能化进程正在加速

人形机器人也称仿人机器人，是指具有人类形态和功能的智能机械体。它们通常拥有头部、躯干和四肢等类人结构，具备感知决策、运动控制、肢体执行等能力，能够利用先进的传感器捕捉视觉、触觉和听觉等信息，并通过控制系统实现类似于人类神经传导的功能，用伺服电机模拟人类关节运动。这些类人特性使得人形机器人能够适应人类生活和工作的各种场景，不仅可以承担繁重危险的任务，也能通过交互协作成为人类得力助手。

自上世纪60年代至今，人形机器人的发展历程大致分为三个阶段。在千禧年之前的早期探索中，人形机器人可以行走，并在手部功能上实现外观仿形和简单运动。在其后10余年的智能化起步阶段，人形机器人具备初级感知功能，可以有限度地与外界环境互动，并且运动自由度有所提升。2016年至今是智能化进阶阶段，人形机器人搭载起人工智能、机器学习和计算机视觉系统等先进技术，提升了感知和认知功能，不仅能够灵活敏捷地适应外界环境，而且具备通识理解能力。当前，人形机器人在环境理解和智能交互等领域取得显著进展，通用化智能化进程正在加速。

从世界范围内看，全球人形机器人研发竞争激烈，很多国家和地区已将发展人形机器人产业提升至国家战略高度。我国人形机器人研究与产业尚处培育期，但已呈现出加速发展趋势，涌现出一批具有国际竞争力的人形机器人企业，部分技术成果已接近国际领先水平。

对人体的高度复刻需要前沿科学、尖端技术深度交叉融合

人形机器人的结构设计是对奇妙人体的重塑，不仅需要多学科交叉融合，更是尖端科技的集大成者。其设计原理主要包含以下几个方面。

仿生学与机械工程的有机融合。设计人形机器人，需要运用仿生学原理，通过模仿人类的身体结构和运动规律，为机器人创造类似骨骼、关节、肌肉和皮肤系统的机械结构。这不仅使其能够像人类一样自然地运动，还具备灵活性和适应性。机械工程理论的新发现，则保证了人形机器人结构的稳固。精确选择材料、巧妙设计结构，能够让人形机器人保持稳定高效的运行状态，从而胜任复杂任务。

传感技术与控制理论的集成突破。传感器扮演着人类感知器官的角色，能够像眼睛、耳朵和皮肤一样感知环境信息。视觉传感器通过摄像头捕捉环境图像，让人形机器人能够识别物体、区分颜色和形状；声音传感器接收并解析语音指令，使人形机器人能够听懂和回应人类的话语；力觉传感器仿效人体的力觉感受，使人形机器人能够精确感知与外界交互过程中的接触力；触觉传感器模仿人类触觉，帮助人形机器人精准感知物体的形状和硬度。控制系统是人形机器人的大脑，借助计算单元和智能算法，处理获取的数据并作出决策。在这个过程中，多种智能算法的应用让机器人越来越接近人类。比如，强化学习方法通过试错学习，调整行为策略；深度学习方法利用深度神经网络，处理视觉、语音识别等任务；自然语言处理方法使人形机器人能够理解人类语言并进行交互。人形机器人集成多种传感器与智能控制算法，突破了过去感控方法单一的局限性。

驱动方式与执行动作的精准协调。人形机器人的驱动器负责将能源转换为机械运动，根据能量转换方式的不同，驱动方式可分为电机、液压、气动等，如高效电动马达、精密液压系统、气动人工肌肉等。执行器则负责具体操作，可完成抓取、搬运或其他高精度动作。驱动方式与执行动作的精准协调就像是力量与动作的完美映射，通过驱动方式的选取与执行动作的调控，人形机器人甚至能复现人类的微笑、皱眉、惊讶等表情，从而更加亲切自然地与人类互动。

人形机器人面临四大技术挑战

虽然人形机器人的科学原理不断清晰明朗，但当前还有一些技术挑战需要勠力攻克。

健壮灵活的四肢。人形机器人需要具备强有力且活动范围大的四肢，以做出多样化动作。由于电驱动成本低、灵活度高、动力强劲，大部分人形机器人都采用基于电机、驱动器和电池的电动关节形式。当前，电池、印刷电路板等产业链较为畅通完善，为实现电动关节的低成本制造提供便利，也为人形机器人的大规模生产奠定基础。然而，要实现更强动力、更轻重量和更高控制精度，需要对关节进行电、磁、热、机械等多维度的物理优化设计。

敏锐强大的神经。人形机器人神经系统的主要任务是感知外部环境并对数据进行处理，以支持智能决策的制定。实现高效感知的关键在于先进传感器技术和强大数据处理能力。有的科技企业已将无人驾驶汽车的传感器系统应用于机器人研发，使人形机器人能够实时感知周围环境并精确处理数据。比如，激光雷达系统精确测量周围环境，有效提升人形机器人感知能力；深度相机捕捉的高精度三维图像，提供详细环境信息；柔性薄膜传感器像人形机器人的“皮肤”，感知压力和触碰。随着传感器数量增加，提升传感器数据的实时性和准确性，有效整合处理数据，成为新的研究方向。

流畅协调的小脑。类似于人类小脑，人形机器人需要依赖先进的运动学和动力学控制算法，实现复杂动作的协调控制和流畅完成。这需要精确的运动学建模和实时的运动规划控制。我国在这一领域取得进展，特别是在运动控制算法和传感器融合方面卓有成效。然而，与传统的工业机械臂和柔性机械臂相比，由于人形机器人自由度高、动作模型复杂，其高精度运动控制和实时响应速度仍有提升空间。

博学智能的大脑。人形机器人真正的“灵魂”在于智能行为和决策能力，这决定了其应用的广度和深度。要实现高度智能化的行为，人形机器人需要具备强大的计算能力和先进的人工智能算法。在人工智能领域，核心算法和系统集成是我们的努力方向。要不断增强人工智能的自主学习能力，提升系统集成度，开发更为智能和自主的决策系统，以实现人形机器人的真正智能化。

人形机器人发展重要时期即将来临

人形机器人作为人工智能、高端制造、新材料等尖端技术的集大成者，其应用前景无比广阔。未来3—5年，将是人形机器人发展的重要时期。在此期间，我们有望见证关键技术的突破，如高性能核心零部件的研制、人工智能算法的深度应用等，为产业化发展奠定坚实基础。同时，随着技术日益成熟、成本逐渐降低，人形机器人有望突破成本瓶颈，实现规模化量产，从而应用于更广泛领域。

让我们设想一组未来场景：在工厂中，人形机器人与技术工人并肩劳动、互为补充，极大提升生产效率；在家庭中，人形机器人化身贴心的管家，照顾老人、陪伴孩子，甚至可以处理繁琐的家务；在医疗领域，人形机器人可执行高精度的手术，拯救生命；在应急处置中，它们勇往直前、深入险境、开展救援。此外，在国家重大工程、科研探索等诸多领域，人形机器人也将发挥重要作用。

人形机器人是机器人技术的制高点，也是科技竞争的新高地、未来产业的新赛道、经济发展的新动能，将深刻影响人类生产生活方式和全球产业发展。当前，中国人形机器人产业正面临前所未有的发展机遇，政府大力支持，科研院校聚焦技术攻关，科技企业百舸争流，共同建立完善产业生态。置身其中，我们深感科技的创新力量，更见证了人类智慧的璀璨光芒。相信在多方共同努力下，人形机器人将帮助人类迈向更加智能、便捷、高效的生活。

(作者丁汉为中国科学院院士、华中科技大学教授，陶波为华中科技大学教授)

推荐读物

《仿人机器人理论与技术》：陈垦、付成龙著；清华大学出版社出版。

《人与机器人：创造机器人的终极目标是什么》：本尼·莫尔斯等著，严笑译；贵州人民出版社出版。

《机器人革命：即将到来的机器人时代》：约瑟夫·巴科恩、大卫·汉森著，潘俊译；机械工业出版社出版。

版式设计：张芳曼

《 人民日报 》( 2024年07月16日 20 版)

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