機(ji)器人(ren)變得(de)越來越智(zhi)能。在(zai)(zai)工(gong)(gong)廠，需要(yao)感(gan)測到工(gong)(gong)人(ren)的(de)存(cun)在(zai)(zai)，以避(bi)免(mian)對工(gong)(gong)人(ren)造成傷(shang)害。此(ci)外，它(ta)們(men)還應該(gai)能夠檢測到異常情(qing)況，例(li)如(ru)可能造成損(sun)壞(huai)的(de)劇烈(lie)震動(dong)。服務(wu)機(ji)器人(ren)，無論是(shi)守衛倉庫或(huo)作(zuo)為(wei)遠程工(gong)(gong)作(zuo)人(ren)員的(de)網真裝置(zhi)，都(dou)需要(yao)進行自主導航。就像我們(men)用天生(sheng)的(de)感(gan)官一樣，機(ji)器人(ren)也需要(yao)借助傳(chuan)感(gan)器技術使(shi)它(ta)們(men)變得(de)更(geng)智(zhi)能、使(shi)用更(geng)安全，同時(shi)增加對人(ren)類的(de)用途。

　　是(shi)令人驚奇的小器件，大小僅為幾平方(fang)毫米(mi)，通(tong)常包含(han)兩個(ge)芯片。一個(ge)是(shi)傳(chuan)感(gan)器芯片，通(tong)常來說(shuo)MEMS器件提供運(yun)動(dong)或壓(ya)力信息(xi)，但(dan)它也可(ke)以用作磁性固(gu)態傳(chuan)感(gan)器。另(ling)一個(ge)芯片提供必(bi)要的信號處理功(gong)能，可(ke)將來自傳(chuan)感(gan)器的微弱的模(mo)擬(ni)信號轉(zhuan)換為有(you)用信息(xi)，并通(tong)過一些串行總線傳(chuan)遞這些信息(xi)。

　　這些外(wai)形小巧(qiao)、價格實(shi)惠，是機器(qi)(qi)(qi)人的(de)(de)理想配件。它們既小巧(qiao)又實(shi)惠，通(tong)(tong)常(chang)內嵌在和(he)其它消費電子游戲應(ying)用(yong)(yong)中進行(xing)銷售，目(mu)前已售出了數億(yi)個(ge)(ge)。此外(wai)，它們的(de)(de)耗電量很低(di)(di)(di)。例(li)如(ru)，當采(cai)用(yong)(yong)2V或(huo)3V電源(yuan)時，一(yi)個(ge)(ge)加速(su)度傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)功(gong)(gong)耗通(tong)(tong)常(chang)不到10μA;功(gong)(gong)耗通(tong)(tong)常(chang)是頻(pin)率和(he)理想操作點(dian)精度之(zhi)間(jian)的(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)平衡點(dian)。低(di)(di)(di)功(gong)(gong)耗方(fang)案，如(ru)低(di)(di)(di)于1μA，還(huan)可以通(tong)(tong)過專用(yong)(yong)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)來實(shi)現，這些傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)可作為一(yi)個(ge)(ge)運動觸發器(qi)(qi)(qi)或(huo)篡改探測單元來運行(xing)。它們提供的(de)(de)快速(su)喚醒和(he)關閉機制是影響功(gong)(gong)耗的(de)(de)最重(zhong)要的(de)(de)參數。節能(neng)技術將根(gen)據應(ying)用(yong)(yong)需求獲取數據點(dian)所需的(de)(de)頻(pin)率而不斷變化(hua)。

　　對于(yu)空間受限應用，機器(qi)(qi)(qi)人設計(ji)(ji)人員還可(ke)以選用內置(zhi)了微(wei)(wei)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)和(he)內存(cun)的(de)(de)(de)加速度傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)，通過定制(zhi)軟件(jian)構建微(wei)(wei)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)系統(tong)。由于(yu)這些傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)通常無(wu)需其它(ta)處(chu)理器(qi)(qi)(qi)便(bian)能連接其它(ta)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)，因此經(jing)常被稱為傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)集線(xian)器(qi)(qi)(qi)。例如，飛思卡(ka)爾XtrinsicMMA9550L提供3x3-mm三軸(zhou)加速度傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)和(he)帶有14KB閃存(cun)和(he)1.5KBRAM的(de)(de)(de)32位微(wei)(wei)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)。當機器(qi)(qi)(qi)人的(de)(de)(de)末(mo)梢或(huo)手(shou)臂(bei)部(bu)分需要安放傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)時，飛思卡(ka)爾XtrinsicMMA9550L和(he)其它(ta)類似器(qi)(qi)(qi)件(jian)就非(fei)常有用，因為機器(qi)(qi)(qi)人的(de)(de)(de)末(mo)梢或(huo)手(shou)臂(bei)部(bu)分的(de)(de)(de)空間非(fei)常狹小(xiao)(xiao)。另(ling)一(yi)個應用是設計(ji)(ji)精(jing)致(zhi)小(xiao)(xiao)巧的(de)(de)(de)可(ke)穿戴(dai)式機器(qi)(qi)(qi)人系統(tong)，甚至(zhi)用于(yu)內窺鏡檢(jian)查醫療(liao)應用的(de)(de)(de)可(ke)吞咽機器(qi)(qi)(qi)人膠囊。

　　這(zhe)類器(qi)(qi)件上的(de)板載內存(cun)和微控制器(qi)(qi)也可用來實施傳感(gan)器(qi)(qi)通信協議，如IO-Link。這(zhe)個日(ri)益普(pu)及(ji)的(de)傳感(gan)器(qi)(qi)網(wang)絡協議需要(yao)約10KB的(de)內存(cun)，因此(ci)，它可以集成(cheng)在這(zhe)個小巧的(de)裝置中，實現全新(xin)傳感(gan)器(qi)(qi)節點的(de)設計(ji)和規格。

　　協同作用

　　在傳(chuan)感(gan)(gan)器系統設(she)計中(zhong)，下一步(bu)是借(jie)助您能(neng)夠并(bing)且應該擁有的所(suo)有“感(gan)(gan)官”，來實(shi)現機器人(ren)性能(neng)目(mu)標。這通常被稱為傳(chuan)感(gan)(gan)器融(rong)合，支持傳(chuan)感(gan)(gan)器系統利用各個傳(chuan)感(gan)(gan)器的優勢生成更準(zhun)確的數據和更好的產品設(she)計。

　　例如，電子(zi)羅盤可指(zhi)示(shi)南/北方(fang)(fang)向(xiang)。雖然有人可能認為，讀(du)取地球磁(ci)(ci)場的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)足以提供穩定的(de)(de)(de)信(xin)息，但事實并(bing)非(fei)如此(ci)。磁(ci)(ci)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)輸出值將隨傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)向(xiang)上或(huo)向(xiang)下(xia)傾斜而(er)發生變化，因此(ci)需要添加線性運動傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(加速(su)度傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi))來感(gan)測(ce)傾斜運動，并(bing)采(cai)用某(mou)個(ge)三角函數算法補償磁(ci)(ci)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)讀(du)數。一個(ge)好的(de)(de)(de)電子(zi)羅盤的(de)(de)(de)設計將采(cai)用這兩種傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)。而(er)更好的(de)(de)(de)系(xi)統(tong)將把這些傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)集成(cheng)在(zai)同(tong)一個(ge)封(feng)裝中，從(cong)而(er)產生更小的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)。例如，飛思(si)卡爾(er)XtrinsicFXOS8700CQ在(zai)3x3x1.2-mm的(de)(de)(de)封(feng)裝中集成(cheng)了(le)帶(dai)有傾斜補償的(de)(de)(de)地磁(ci)(ci)場測(ce)量，提供了(le)一種簡(jian)單(dan)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法將x/y方(fang)(fang)向(xiang)集成(cheng)到任何機器(qi)(qi)(qi)人系(xi)統(tong)中。

　　又如：無法利用GPS信號的(de)(de)(de)(de)(de)室內定位系統采用WiFi基(ji)站三(san)角(jiao)測量法，在(zai)商場(chang)或機場(chang)內定位用戶的(de)(de)(de)(de)(de)。該系統的(de)(de)(de)(de)(de)精度可(ke)通過添加極小的(de)(de)(de)(de)(de)高度傳感器(如飛(fei)思(si)卡爾XtrinsicMPL3115)得以增(zeng)強。憑借約30厘(li)米(1英尺)的(de)(de)(de)(de)(de)相對高度分辨(bian)率，此傳感器能夠輕松地檢測到手機在(zai)大樓內向樓上(shang)還(huan)是(shi)(shi)樓下(xia)移動(dong)。這(zhe)個簡單的(de)(de)(de)(de)(de)信息對于簡化或驗證復雜的(de)(de)(de)(de)(de)三(san)角(jiao)測量算法非常有用。看守室外設(she)施的(de)(de)(de)(de)(de)監控機器人還(huan)需要了解它是(shi)(shi)向山(shan)上(shang)還(huan)是(shi)(shi)山(shan)下(xia)運動(dong)，這(zhe)對機器人的(de)(de)(de)(de)(de)速度和功耗都有影響，也是(shi)(shi)計算其(qi)自主(zhu)持續時間需要考慮的(de)(de)(de)(de)(de)重要數(shu)據。

　　采(cai)用高度計實施的(de)(de)另一個傳感(gan)器(qi)融合(he)功能(neng)(neng)是沖擊檢(jian)測(ce)。在倉庫(ku)地面或醫(yi)院(yuan)大(da)廳四(si)處移動的(de)(de)自主(zhu)機器(qi)人的(de)(de)設(she)計應(ying)避免(mian)撞(zhuang)到人或物(wu)體，但如果(guo)發生碰撞(zhuang)，機器(qi)人必須能(neng)(neng)夠檢(jian)測(ce)到碰撞(zhuang)。可(ke)對加(jia)速度傳感(gan)器(qi)進行編程，使(shi)之根據特(te)定“碰撞(zhuang)”標記檢(jian)測(ce)震(zhen)動，但這并非萬無一失。在機器(qi)人周圍添(tian)加(jia)了耦合(he)了氣動帶的(de)(de)壓力傳感(gan)器(qi)后，此系統擁(yong)有兩個不同的(de)(de)傳感(gan)信(xin)息源(yuan)，可(ke)提高“碰撞(zhuang)事(shi)件”檢(jian)測(ce)的(de)(de)精度。

　　更加融合

　　圖像識(shi)別(bie)是(shi)另一項偉(wei)大技(ji)術(shu)，可(ke)幫助自主(zhu)機器人(ren)導航(hang)并避(bi)開障礙物。當今的(de)視(shi)覺系統可(ke)識(shi)別(bie)形狀、物體、甚至人(ren)臉。一種移動(dong)中的(de)機器人(ren)希望(wang)創建其周(zhou)圍(wei)環境(jing)的(de)實時3D地圖，以確定任何(he)可(ke)能的(de)障礙。

　　只要能(neng)見度和光照條件(jian)足以(yi)使圖(tu)像(xiang)傳感(gan)器(qi)捕(bu)捉足夠的(de)相關數(shu)據，照相機就能(neng)正常工(gong)作。但(dan)在(zai)室外(wai)條件(jian)下，視覺(jue)系統功(gong)能(neng)可能(neng)會(hui)受到雪、霧或其它天氣條件(jian)的(de)限制。雷達(da)傳感(gan)技術雖然(ran)不(bu)基于MEMS，但(dan)仍(reng)然(ran)是適(shi)當的(de)傳感(gan)器(qi)融合增補。將(jiang)視頻圖(tu)像(xiang)處理信(xin)息與距(ju)離和速度雷達(da)數(shu)據相結合，可幫助智能(neng)導航算法計算出更(geng)(geng)精確的(de)數(shu)據，并更(geng)(geng)好地構建機器(qi)人(ren)周(zhou)圍環境的(de)3D地圖(tu)。

　　雷達系統(tong)主要為自(zi)動應(ying)用(yong)而設計，也可輕松應(ying)用(yong)于其它系統(tong)。它們在77-GHz頻段上運(yun)行，并提供非常精確的(de)距(ju)離(li)(li)和速度信息(xi)，從(cong)幾百米的(de)距(ju)離(li)(li)到非常近的(de)距(ju)離(li)(li)。傳統(tong)的(de)系統(tong)采(cai)用(yong)分立式射頻電路和帶有旋轉天線的(de)射頻模塊，以提供3D映(ying)像信息(xi)。

　　然而，借助(zhu)150GHz過渡頻率(lv)(fT)的(de)超(chao)高(gao)速晶體管(guan)的(de)高(gao)性(xing)(xing)能(neng)硅鍺(zang)(SiGe)工藝，分立式射頻功能(neng)可(ke)以整合到芯片上(shang)。這能(neng)夠(gou)實現經濟高(gao)效的(de)多頻段射頻芯片組解決方案的(de)設(she)計，支持多信道接(jie)線(xian)(xian)天(tian)線(xian)(xian)，不(bu)再需要旋轉天(tian)線(xian)(xian)。高(gao)性(xing)(xing)能(neng)射頻工藝、設(she)計專業知識，再加上(shang)數字波束賦(fu)形技術和信號處理(li)算法(fa)，使雷達系統(tong)能(neng)夠(gou)滿足高(gao)容(rong)量汽車和機器(qi)人應用(yong)的(de)尺寸和成本要求。

　　上(shang)述內容為傳(chuan)感技術的實(shi)例，機器(qi)人設(she)計人員可利用(yong)這些(xie)技術改進他們(men)的系統設(she)計。許(xu)多專為要求(qiu)高容量(liang)、高質量(liang)、低(di)成本的消費類(lei)智能手機或汽(qi)車應(ying)用(yong)而(er)設(she)計。借助適當的傳(chuan)感器(qi)融(rong)合算法，這些(xie)低(di)成本傳(chuan)感器(qi)可實(shi)現全新的機器(qi)人設(she)計。