1.4　机器人与传感器

自从1959年世界上诞生第一台机器人以来，机器人技术取得了长足的进步和发展，机器人技术的发展大致经历了以下三个阶段。

①第一代机器人——示教再现型机器人　它不配备任何传感器，一般采用简单的开关控制、示教再现控制和可编程控制，机器人的作用路径或运动参数都需要示教或编程给定。在工作过程中，它无法感知环境的改变而改善自身的性能、品质。例如，1962年美国研制成功PUMA通用示教再现型机器人，这种机器人通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样机器人可以重复地根据人当时示教的结果，再现出这种动作。示教再现型机器人对于外界的环境没有感知，这个操作力的大小，这个工件存在不存在，焊接的好与坏，它并不知道。例如汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作。

②第二代机器人——感觉型机器人　此种机器人配备了简单的内外部传感器，能感知自身运行的速度、位置、姿态等物理量，并以这些信息的反馈构成闭环控制。在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫感觉型机器人。这种机器人拥有类似人具有的某种功能的感觉，如力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉等，它能够通过感觉来感受和识别工件的形状、大小、颜色。机器人自身的工作状态、机器人探测外部工作环境和对象状态等，都需要借助传感器这一重要部件来实现。同时传感器还能够感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用的输出信号。

③第三代机器人——智能型机器人　20世纪90年代以来，人们发明的机器人带有多种传感器，可以进行复杂的逻辑推理、判断及决策，在变化的内部状态与外部环境中，自主决定自身的行为。

可以将传感器的功能与人类的感觉器官相比拟：光敏传感器→视觉；声敏传感器→听觉；气敏传感器→嗅觉；化学传感器→味觉；压敏、温敏、流体传感器→触觉。与常用的传感器相比，人类的感觉能力好得多，但也有一些传感器比人的感觉功能优越，例如人类没有能力感知紫外线或红外线辐射，感觉不到电磁场、无色无味的气体等。

近年来传感器技术得到迅猛发展，同时技术也更为成熟完善，这在一定程度上推动着机器人技术的发展。传感器技术的革新和进步，势必会为机器人行业带来革新和进步。因为机器人很多功能都是依靠传感器来实现的。

为了实现在复杂、动态及不确定性环境下机器人的自主性，或为了检测作业对象及环境或机器人与它们之间的关系，目前各国的科研人员逐渐将视觉、听觉、压觉、热觉、力觉传感器等多种不同功能的传感器合理地组合在一起，形成机器人的感知系统，为机器人提供更为详细的外界环境信息，进而促使机器人对外界环境变化做出实时、准确、灵活的行为响应。

不得不承认，即使是目前世界上智能程度最高的机器人，它对外部环境变化的适应能力也非常有限，还远远没有达到人们预想的目标。为了解决这一问题，机器人研究领域的学者们一方面研发机器人的各种外部传感器，研究多信息处理系统，使其具有更高的性能指标和更广的应用范围；另一方面，研究多传感器信息融合技术，为机器人的决策提供更准确、更全面的环境信息。