先進(jìn)傳感技術(shù)簡化機(jī)器人設(shè)計(jì)制造過程

過去，機(jī)器人制造是一個(gè)非常困難、容易出錯(cuò)且耗時(shí)的過程，因?yàn)椴捎糜煞至⒃?gòu)成的裝置實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的感應(yīng)，而這些裝置中很多部件都不能有效地協(xié)同工作，處理器缺乏足夠的能力從多個(gè)傳感器收集信息并處理這些信息。下面我們以超聲波距離傳感器為例進(jìn)行說明機(jī)器人設(shè)計(jì)制造的過程。

構(gòu)建超聲波傳感器首先需要一個(gè)超聲波換能器，然后搭建一些接口電路用來發(fā)送脈沖，以及記錄返回信號的時(shí)間。連接機(jī)器人處理器的接口由指示測試起始時(shí)間的輸出信號以及回聲探測定時(shí)器計(jì)數(shù)值的輸入信號組成。處理器獲取所用的總時(shí)間并將這個(gè)時(shí)間轉(zhuǎn)換成距離。如果需要處理多路回聲，硬件則會變得更加復(fù)雜。這種設(shè)計(jì)不僅受軟硬件局限性的困擾，而且所有的東西都在內(nèi)部生產(chǎn)，因此增加了成本和上市時(shí)間。隨著時(shí)間推移，處理器的功能變得越來越強(qiáng)大，以往由單獨(dú)硬件處理的任務(wù)都可由處理器完成。

通過處理器執(zhí)行回聲返回處理任務(wù)，可以開發(fā)出復(fù)雜的多路回聲處理算法。這樣一來降低了硬件部分的復(fù)雜度，從而降低了成本，不過軟件編程過程依然耗時(shí)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)硬件及其軟件驅(qū)動程序是定制的。由于軟件變得更加復(fù)雜，因而使當(dāng)時(shí)的處理器負(fù)擔(dān)很重。那時(shí)，為了解決這個(gè)問題，通常使用多個(gè)處理器，然而卻導(dǎo)致潛在的競爭條件、死鎖以及一些很難重現(xiàn)的各種奇怪問題。

今天，使用現(xiàn)成的、配有各種硬件外設(shè)的微控制器或微處理器板已相當(dāng)普遍。這些外設(shè)通常提供硬件接口輔助功能，例如定時(shí)器和通信總線，常見的通信總線有RS-232、USB、I2C或CAN總線。使用接口驅(qū)動器減輕了軟件實(shí)現(xiàn)的負(fù)擔(dān)。目前很多傳感器利用常見總線進(jìn)行通信，從而簡化了接口設(shè)計(jì)。

許多傳感器還增加了處理能力，從而可以收集經(jīng)過預(yù)處理的更高級別的數(shù)據(jù)。傳感器的工作不是傳送收發(fā)聲納回聲信號所需的時(shí)間(毫秒)，而是報(bào)告距離某個(gè)物體的遠(yuǎn)近(毫米)，收集到的數(shù)據(jù)可以得到更有效的處理。這樣主處理器就不必進(jìn)行低級別的運(yùn)算，而去從事更高級別的任務(wù)，例如定位和繪制地圖。

借助于大量現(xiàn)成的傳感器接口(例如通信鏈路、軟件驅(qū)動器以及處理檢測數(shù)據(jù)的算法)，研發(fā)工程師就可以更快速地開發(fā)和提出解決方案，從而贏得面市時(shí)間上的優(yōu)勢。開發(fā)機(jī)器人功能的負(fù)擔(dān)從研發(fā)工程師轉(zhuǎn)移到了傳感器提供者身上。

傳感器系統(tǒng)將繼續(xù)受到低成本處理能力以及數(shù)據(jù)處理算法的影響。受這種增長影響最大的是“傳感器融合”，即傳感器數(shù)據(jù)流由多個(gè)傳感器收集并處理，以產(chǎn)生智能且精確信息流。傳感器數(shù)據(jù)融合在一起，形成單一的環(huán)境。如圖四所示，將紅外距離傳感器與聲納配合，可以探測到多種材料和情形，這是單個(gè)器件所不可能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的。