机器人大赛中常用传感器简介

张志强+李奕豪+魏居垚+齐鸿

摘 要：随着科技日新月异的发展，智能机器人也在加速发展。作为机器人的最重要的组成部分之一的传感器就显得尤为重要。传感器是一种把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。传感器之于机器人相当于五官之于人类，没有传感器，机器人也就毫无作用。近几年，全国大学生机器人大赛也逐渐吸引了大众的目光，国内乃至国外众多大学均参加此类比赛，Robocon作为全国大学生机器人大赛的一种，其中各个学校在比赛中运用了众多的传感器，值得我们去学习，总结，反思，创新。

关键词：全国大学生机器人大赛传感器 Robocon

全国机器人大赛Robocon自举办以来，所设题目均非常有特色，联合实际而又超越实际，所实现的某些功能也非常具有意义跟挑战性。每年的题目大致分为两类：一类竞技型，一类速度型。竞技型如2015年的“羽球双雄”，2017年“降落的飞盘”，速度型如2014年“舐犊情深”，2016年“清洁能源”。虽然每年题目大不相同，但是各个高校所用到的传感器还是值得去总结，反思并且创新。

红外对管，一种比较传统的传感器。红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时候的总称。最初机器人大赛的场地图大多是由线条的，机器人循迹运动最基本的方法就是使用红外对管。红外对管使用简单，价格低廉，性能可靠，目前为止还是很多学校的不二选择。

光纤放大器传感器是运用于光纤通信线路中，可以实现将信号放大的一种新型全光放大器，此技术就是在光纤的纤芯中掺入可以产生激光的稀土元素，通过激光器提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。2016年清洁能源比赛中，场地的颜色不一，红外对管的性能受到极大的影响，所以部分学校使用光纤放大传感器来设置阈值，化解了颜色不一这一难题，不失为一种好方法，不过光纤放大传感器的体积相对红外对管大很多，也昂贵很对。

既然红外对管无法适应多种颜色地图，所以不少高校开始使用摄像头进行循迹。所使用的摄像头大体分两类，一类CCD，一类CMOS。二者在原理上并没有太大的区别，目前使用CCD较多，CCD效果更好，而CMOS受光线影響较大，处理起来相对麻烦点。使用摄像头时，不少学校也使用补强光的方法去减少外界光线干扰。

正交码盘加陀螺仪，这无疑是强校的一种象征。利用两个相互垂直的码盘测出机器人在X，Y方向的唯一，使用陀螺仪测出角度，加速度等参数，由此通过微分积分算出机器人行走的位置以达到定位的效果，这项技术应用在底盘上，是的行走效率大大提高，整体稳定性也相对提高，目前国内机器人大赛中的强校大多已经开发出这类技术。

双目视觉，上面提到的摄像头均是置于机器人之上的，但是也有将两个广角的摄像头置于场地两个位置，由此观察到场地所有的情况，摄像头进行图像建模，那么不管是我方机器人，对手的情况也将有双目摄像头观察到并且发送数据给我方机器人进行处理，策略型比赛中这种传感器成为一种利器。

类似于双目视觉，还有一种传感器也是置于场地四角，这就是基站定位的方法。基站定位使用五个无线模块，四个置于场地四脚，还有一个置于机器人上，通过各自的通信来确定机器人距离四个基站的位置，也就确定了机器人在场地上的位置，性能相当比较可靠，不过也容易受到无线设备的干扰。

除了底盘外，在检测一些运动的时候还需要其他传感器的辅助，光电开关无疑是运用非常广泛的一种。光电开关传感器是利用光束如近红外线和红外线的来检测、判别物体。通过光电装置瞬间发射的微弱光束能被安全可靠的准确的发射和接收。光电开关是可调距离的，使用很方便，体型相对较小，所以应用广泛。不过在强光环境下也会受到很大的影响。

超声波作为一种测距传感器不仅是在机器人方面，其他很多方面都很常见。超声波模块使用简单，体型小，精度稳定，受到大家的一致好评。不过，在一些特殊情况下，如反射声波的平面不平等，会很大程度上影响超声波的精度。尽管如此，在测距方面，超声波还是主流的使用方法。

相比超声波测距，激光雷达似乎就显得更加高大上了。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息。由于激光雷达成本较高，仅为数不多的高校能够使用，不过其性能的稳定与高精度不失为机器人测距的重要方式之一。

行程开关，也称碰撞开关，在机器人机械结构运动时进行限位等功能，属于一种结构型传感器，因为原理简单，使用方便快捷，所以运用也非常广泛。当然，类似于行程开关这类的传感器也非常多，如干簧管等，但是在机器人大赛中出现的行程开关使用最为广泛。

颜色传感器，目前市面上较普通的颜色传感器为TCS3200，在机器人大赛中出现过，但是由于性能受影响很大，所以并不算是很好的解决方案。

全国机器人大赛已经走过十多个年头，随着经济与科技的进步，各个高校的水平也在不断提高，各种新型传感器相继出现并非三言两语能够概述完。也希望全国各个高校利用全国大学机器人大赛这个平台，多多交流经验，让祖国未来的中流砥柱拥有更大的经验与收获。