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传感器在机器人中的应用——机器狗 1 机器狗设计所要实现的基本功能宠物机器人在国外已经有了很大的发展, 它们有的可以表演, 有的具有丰富的情感及表情,有的甚至可以达到和人类交流的目的。日本 SONY 公司的“ AIBO ”、欧姆龙公司的“宠物猫咪”、三协铝业的“海豹机器人”、松下公司的“宠物精灵”都是宠物机器人的代表。宠物机器人往往搭载了多种传感器,如加速度计、摄像头、听觉传感器、触觉传感器等等。在国内,具有表情的宠物机器人基本上还处于研究的初级阶段。本文的研究对象是机器狗, 并为它设计了以下三种功能: (1) 当你喊它名字的时候,它会发出叫声; (2) 当你对它击掌时,它会向你跑来; (3) 当你抚摸它的头时,它会翘起尾巴; (4) 当你在它的前面一定距离放一个球时,它会走过去并抱住球。 2 系统结构示意图主 CPU( 主控系统) 听觉传感器触觉传感器接近觉传感器信号放大电路驱动电路(可分别驱动机器狗各个部件进行相应的动作) 3 所用传感器以及其在机器狗中的安装位置(1 )听觉传感器为了使机器狗对人类所发出的声音能产生所要求的反应,即当叫它名字时会发出叫声, 当击掌时会向你跑来, 需要机器狗中含有能感知声音的器件即听觉传感器。听觉传感器是一种能把声音的大小变化转换成电压大小变化的器件, 能进行特定语音识别并收到的信号进行处理, 使其主控系统能接收到相应的数字信号。特定人语音识别方法是将事先指定的人的声音中的每一个字音的特征矩阵存储起来, 形成一个标准模板( 或叫模板), 然后再进行匹配。它首先要记忆一个或几个语音特征, 而且被指定人讲话的内容也必须是事先规定好的有限的几句话。特定人语音识别系统可以识别讲话的人是否是事先指定的人,讲的是哪一句话。当外部有声音( 比如掌声或碰撞声) 的时候, 主控系统像实际生物狗的大脑一样, 进行识别和判断,然后下令给机器狗的各个执行部分。机器人听觉传感器的声音采集部分由两只型号相同的传声器构成, 其安装位置应从小狗形态学出发,置于机器狗的两只耳朵内部,对于两只传感器,第一只是 0 入射,第二只是 180 入射, 这样, 机器人就能够通过不对称的入射条件, 来区分左右声源。因此, 采用“背靠背式”的安装方式比较适宜。(2 )触觉传感器——仿生皮肤为了实现“抚摸小狗头部,小狗翘尾巴”的功能,在机器狗头顶部安装一片仿生皮肤, 以使机器狗能对人类抚摸头部的动作产生反应。人体皮肤具有接触觉、压觉、滑觉和热觉等多种传感器功能, 仿生人体皮肤, 是机器人的表层结构具有像人体皮肤那样的多种传感器功能,一直是人们的理想追求。本设计中拟采用 PVDF 制成的多功能复合传感器来实现,有极高分子材料聚偏二***乙烯即 PVDF 是一种具有压电效应、热释电效应的敏感材料,既有工作温度范围宽、体电阻高、重量轻、柔顺性好、机械强度高、频响宽等特点, 很容易用热形成的方法加工成薄膜。 PVDF 薄膜厚度只有几十 um, 具有良好的柔性及压电特性, 用普通橡胶制成的有指纹状及有许多小凸点的两种表皮,将其放在 PVDF 薄膜上形成触觉兼滑觉的复合传感器。当人的手指在机器狗头部抚摸时,即人手与传感器相对滑动时,指纹或凸点变形,引起诱导振动,发生应力变化,也会使 PVDF 膜产生电荷。(3) 接近觉传感器——超声波接近觉传感器为了实现“当你在它的前面一定距离放