传感器研究的展望
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作者: 丛智泉
摘要：本文就机电一体化技术之一的机器人的重要系统，即传感器系统的研究及所具备的基本机能进行了初步展望。
关键词：传感器 研究 展望
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0173-01
当前，机电一体化技术之一的机器人，作为工厂生产自动化的重要手段，正在多方面积累成功的实例。然而，人们期望机器人能更加积极地出现在我们人类能生活的环境里，完成人所能做的各种工作，还能参与保安、防灾工作；人们还期望机器人能活跃在人类不能生活的环境中――如原子反应堆或宇宙空间那样的极端环境中工作。要使机器人积极地适应各类不同的环境，就要增强其机能，但目前尚存在严重的问题，有待于今后通过技术进步加以解决。
工厂里机器人要实现自动化作业，不仅取决于人为造成的工作环境，同时其工作次序还取决于一系列特定程序。这种程序可操纵机器人的姿态，能完成诸如人的手臂和人指那样可以高精度地决定其位置和姿势。
另外，为了使操作者进行操作的环境能自动保持，同时又要求在自然环境或极端环境下能实现机器人作业，就要求要有能识别、判断工作环境状况的系统装置和对工作对象进行柔性操作的机构。
要研制具备这些功能的机器人，就要积极开发新型的操作控制系统及所必需的传感系统，要有能识别和判断自然工作环境状况的机能，以获得必要的信息；还要有能力自主决定操作方案的处理机能，这样就要求研制不同于现存传感系统的智能型传感系统。
机器人的工作环境，可以是工厂那样装备好的环境，也可以是自然环境；可以是与我们人类相同的生活环境，也可以是我们人类不能生活的极端环境（在原子反应堆及其周围环境的保安工作，高层大厦的防灾救援工作以及要亲临其境的宇宙空间站的建设工作等方面）。因为机器人活动环境扩大了，所以要求机器人要有能跟踪感知自身作业和能理解作业环境的传感系统，而这种传感系统的研制就显得更为重要。下面就展望一下这种传感系统所必需具有的基本机能。
(1)能获取多维信息。过去，传感器能用来检测单点信息。例如，在温度检测方面，过去总以测试点的温度来评估其周围环境的整体温度。然而，对于一个要求温度均匀分布的系统，若测温点按一维或二维配置，则对系统温度就要进行分布测量。又，如所测物理为矢量时，现在正在研制根据每个分量的检测值求合成矢量的方法。距离传感器是用来检测到物体表面某一点距离的。这种传感器虽然已达到实用化程度，但对深度空间距离的检测，还没有充分的把握。这种与我们视觉类似的传感系统，也是新型智能型机器人所需要的视觉传感器。研制由这种视觉传感器输入图像和对工作环境认识或理解的系统，是新型智能型机器人开发是否成功的关键。
(2)小型化、固体化、高可靠性化。现在，采有半导体技术的感测器件，正加速推进小型化、高密集化以及高可靠性化的进程。这是依靠微型机械加工技术的研制成果，促进了传感器的小型化，同时有可能实现传感器阵列化，进而更便于实现分布测量。
(3)耐环境性。无论在生物体内，还是在自然环境或极端环境下，传感器的高可靠性越来越成为必须具备的条件
(4)检测的动态范围要大。如对生物系统的传感器进行研究，就可发现生物传感器的检测范围广，而且又能适应不同的检测对象。而按工程检测需要制成传感器，如要提高检测精度，则其检测范围就要变窄，而且检测设备要增加。
(5)不可视信息可视化和可视信息可视化。因为生物系统中大部分信息来源依存于视觉信息，所以为实现各种物理现象可视化，其检测方法要力求达到较高的速度和较高的精度。
“人造现实感”的研究就是观察者一边观察现实图像或人工计算机图像，一边将该图像与观察者的意向相互综合的产物。例如，一边由传感器获取手移动或视线移动信号，一边将观察者的意向反馈给计算机，就能形成两者互相综合后的“人造现实”图像。
这种系统保存着人类的感知、判断和操作机能，能将环境状况人工化，而且最后形成的图像贴近于作为观察者的人类一方。所以，这种“人造现实感”图像系统依存于观察者的智能。
在现实环境中，如观察者本身是人造物时，这种情况就相当于机器人作业。再进一步，环境和观察者都是人造物的场合，会产生什么样的功能呢？如按极端的想法，这是否就是无人工厂？还是超人造现实感？不管是哪一种都是计算机内获得自然环境，并将其表现为图像，这种技术有待于今后更好的开发。
(6)感性认识的获得。由于人们的嗜好和感受的多样性，就要求制造出与此相适应的能感测这种多样性的生产系统，此项研究还正在进行。这种生产系统中还要包含能感测到人类的心理状态，例如，在服装行业中，虽然要力求生产工艺自动化，引进计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造系统（CAM），而另外还必须有评估服装成品工艺难易程度的感测系统。
这样，把新型智能型机器人的研究就当作当前的任务。我们虽然已展望了传感器的开发研究，而必不可少的是实现机器人操作的自主性的技术开发。同时，为了识别、理解三维环境，确立图像处技术是其中心课题。
最后，在尚未述及的模糊技术和仿生电子学中的神经原技术，两者一起可以看作传感器综合技术中必不可少的处理技术，希望在今后重点开发研究。
作者简介
姓名：丛智泉（1970.11）、性别：男、学历：本科、职称：副研究员、研究方向：科技信息研究。
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