第13章機器人傳感技術13.1機器人觸覺傳感技術

13.2機器人接近覺傳感技術

13.3機器人視覺傳感技術

13.4機器人嗅覺傳感技術

13.5機器人味覺傳感技術13.6機器人聽覺傳感技術

思考題與習題

13.1機器人觸覺傳感技術

13.1.1觸覺傳感器

1.接觸覺傳感器

接觸覺傳感器可以檢測與外界物體是否接觸，如感受是否接觸地面，是否抓住物體等。圖13.1所示為幾種接觸覺傳感器的結構示意圖。圖13.1不同結構的接觸覺傳感器

2.壓覺傳感器

壓覺傳感器實際是接觸覺傳感器的延伸，用來檢測機器人手指握持面上承受的壓力大小及分布。目前壓覺傳感器的研究重點在陣列型壓覺傳感器的制備和輸出信號處理上。壓覺傳感器的類型很多，如壓阻型、光電型、壓電型、壓敏型、壓磁型、光纖型等。

1)壓阻型壓覺傳感器

利用某些材料的內阻隨壓力變化的壓阻效應制成壓阻器件，將其密集配置成陣列，即可檢測壓力的分布，如壓敏導電橡膠和塑料等。

圖13.2所示為壓阻型壓覺傳感器的基本結構。圖13.2壓阻型壓覺傳感器的基本結構

2)光電型壓覺傳感器

圖13.3所示為光電型陣列壓覺傳感器的結構示意圖。當彈性觸頭受壓時，觸桿下伸，發光二極管射向光敏二極管的部分光線被遮擋，于是光敏二極管輸出隨壓力大小而變化的電信號。通過多路模擬開關依次選通陣列中的感知單元，并經A/D轉換為數字信號，即可感知物體的形狀。圖13.3光電型壓覺傳感器的基本結構

3)壓電型壓覺傳感器

利用壓電晶體等壓電效應器件，可制成類似于人類皮膚的壓電薄膜來感知外界壓力。其優點是耐腐蝕、頻帶寬和靈敏度高等，缺點則是無直流響應，不能直接檢測靜態信號。

4)壓敏型壓覺傳感器

利用半導體力敏器件與信號調理電路可構成集成壓敏傳感器。其優點是體積小、成本低、便于與計算機進行接口，缺點則是耐壓負載差、不柔軟。

3.力覺傳感器

力覺傳感器用于感知機器人的指、肢或關節等在工作和運動時所受力的大小和方向，進而控制如何運動、采取什么姿勢，以及推測物體的重量等。與壓覺傳感器不同，力覺傳感器所感受的不再是一維的力，而是多維的作用力。

力覺傳感器的敏感元件主要有應變片、壓電式傳感器、電容式傳感器、光電傳感器和電磁式力傳感器等。由于應變片價格低廉，可靠性高，且易于制造，故被廣泛采用。

力覺傳感器按其所在位置不同可分為三種形式：關節力傳感器、腕力傳感器和指力傳感器。圖13.4所示為一種鋁制圓筒狀的六自由度腕力傳感器，外側由八根窄長的彈性梁支撐，其中四根為水平梁，四根為垂直梁。每根梁的頸部開有小槽，使頸部只傳遞力，消除扭矩作用。水平梁的上下兩側、垂直梁的左右兩側貼有應變片，阻值分別為R1和R2，組成差動半橋測量電路。分別為四根水平梁和四根垂直梁在貼應變片處的應變量，則施加于傳感器x、y、z方向的力Fx、Fy、Fz以及x、y、z方向的力矩Mx、My、Mz分別為

式中：K1、K2、K3、K4、K5、K6——比例系數，與各應變片的靈敏度有關。(13.1)圖13.4筒式六自由度腕力傳感器

4.滑覺傳感器

機器人抓取物體時按夾緊力的大小可分為硬抓取和軟抓取。機器人末端執行器利用最大的夾緊力抓取物體，以保證可靠性，這種方式稱為硬抓取；控制機器人的末端執行器，使夾緊力保持在能穩固抓取物體的最小值，以避免損傷物體，這種方式稱為軟抓取。軟抓取的夾緊力不夠時，被抓取物滑動，滑覺傳感器就是為檢測滑動而設計的。滑覺傳感器可以檢測垂直于握持方向物體的位移、旋轉、由重力引起的變形，以達到修正夾緊力，防止抓取物的滑動。滑覺傳感器主要用于檢測物體接觸面之間相對運動的大小和方向，判斷是否握住物體以及應該用多大的夾緊力等。當機器人的手指夾住物體時，物體在垂直于夾緊力方向的平面內移動，進行如下操作：

(1)抓住物體并將其舉起時的動作；

(2)夾住物體并將其交給對方的動作；

(3)手臂移動時加速或減速的動作。

圖13.5所示為滾球式滑覺傳感器，主要由一個可自由滾動的金屬球和觸針組成。圖13.5滾球式滑覺傳感器結構示意圖13.1.2仿生皮膚

仿生皮膚是集觸覺、壓覺、滑覺和溫覺于一體的多功能復合傳感器，是20世紀80年代末新興的觸覺研究方向。仿生皮膚多采用具有壓電效應和熱釋電效應的聚偏二氟乙烯(PVDF)敏感材料，在傳感器的結構設計和信號采樣上都較好地解決了多感覺功能復合及各感覺信息間的相互混淆問題。PVDF材料具有工作溫度范圍寬、體電阻高、重量輕、柔順性好、機械強度高、頻響寬、易于成型等特點。

圖13.6所示為具有溫覺、觸覺和壓、滑覺的PVDF仿生皮膚的剖視圖。圖13.6

PVDF仿生皮膚傳感器剖視圖電加熱層是一層很薄的導電橡膠，兩端與電極相連。電極通電后，導電橡膠發熱，保持上層PVDF的溫度在55℃左右。當待測物體接觸傳感器時，由于物體與傳感器之間存在表面溫差，會產生熱傳遞，使PVDF的極化面產生相應數量的電荷，從而產生電壓信號輸出，即仿生皮膚具有溫覺功能。

當傳感器接觸物體時，接觸應力的階躍性突變使PVDF產生電荷，經電荷放大器后輸出如圖13.7(a)所示的單方向脈沖信號，即接觸覺信號。圖13.7

PVDF傳感器的不同輸出信號

13.2機器人接近覺傳感技術

13.2.1接近覺傳感器

1.感應式接近覺傳感器

感應式接近覺傳感器主要有三種類型，分別基于電磁感應、霍爾效應和電渦流效應，一般用于近距離、小范圍內的測量。

1)電磁感應接近覺傳感器

電磁感應接近覺傳感器的核心為線圈和永久磁鐵。當傳感器遠離鐵磁體時，磁力線如圖13.8(a)所示；當傳感器靠近鐵磁體時，引起永久磁鐵磁力線變化，在線圈中感應出電流

脈沖，如圖13.8(b)所示。圖13.8電磁感應接近覺傳感器原理圖

2)霍爾效應接近覺傳感器

霍爾效應接近覺傳感器的核心為霍爾元件和永久磁鐵。霍爾元件置于磁場中，若有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上會產生電勢(霍爾電勢)。當附近無鐵磁體時，霍爾元件感受到一個強磁場，霍爾電勢最大，如圖13.9(a)所示。當鐵磁體接近傳感器時，磁力線被旁路，霍爾元件感受的磁場強度減弱，引起輸出霍爾電勢減小，如圖13.9(b)所示。圖13.9霍爾效應接近覺傳感器原理圖

3)電渦流接近覺傳感器

電渦流接近覺傳感器由激勵線圈和檢測線圈組成，如圖13.10所示。激勵線圈中通入交變電流，線圈周圍產生交變磁場H1。當傳感器接近金屬物體時，金屬導體中將產生電渦流，形成反抗磁場H2，其方向與H1相反，削弱了磁場H1的磁通量。通過檢測線圈測量激勵線圈磁路上磁通量的大小，就可感知傳感器與金屬物體表面之間的距離。圖13.10電渦流接近覺傳感器原理圖

2.電容式接近覺傳感器

感應式接近覺傳感器只能檢測導體或鐵磁體，電容式接近覺傳感器則可以檢測任何固體和液體材料。當外界物體靠近傳感器時，將引起電容量變化，由此來反映距離信息。檢測電容量變化的方案很多，最簡單的方法是將電容作為振蕩電路的一部分，只有在傳感器的電容值超過某一閾值時振蕩電路才起振，將起振信號轉換成電壓信號輸出，即可反映是否接近外界物體，這種方案可以提供二值化的距離信息。另一種方法是將電容作為受基準正弦波驅動電路的一部分，電容量的變化會使正弦波發生相移，且二者成正比關系，由此可以連續檢測傳感器與物體之間的距離。

圖13.11所示為雙極板電容式接近覺傳感器的原理圖。圖13.11電容式接近覺傳感器原理圖

3.光電式接近覺傳感器

圖13.12所示為光電式接近覺傳感器的原理圖。光源發出的光束經發射透鏡射到物體，經物體反射并由接收透鏡匯聚到光電器件。若物體不在感知范圍內，光電器件無輸出。圖13.12光電式接近覺傳感器原理圖

4.超聲波接近覺傳感器

頻率在20kHz以上的聲波稱為超聲波，超聲波的方向性較好，可定向傳播。超聲波接近覺傳感器適用于較遠距離和較大物體的測量，與感應式和光電式接近覺傳感器不同，這種傳感器對物體材料或表面的依賴性大為降低，在機器人導航和避障中應用廣泛。

圖13.13所示為超聲波接近覺傳感器的示意圖，其核心器件是超聲波換能器，材料通常為壓電晶體、壓電陶瓷或高分子壓電材料。樹脂用于防止換能器受潮濕或灰塵等環境因素的影響，還可起到聲阻抗匹配的作用。圖13.13超聲波接近覺傳感器示意圖脈沖延時法電路簡單，但不適于近距離測量。其原理是測量渡越時間，即測量超聲波從介質中發射出去開始，到物體反射后沿原路返回之間所需要的時間。由渡越時間和介質中的聲速即可獲知物體與傳感器的距離。圖13.14(a)所示為該方法的工作波形，發射波經t0時間后返回并被接收，設超聲波在介質中傳播的速度為v，則物體距傳感器的距離l為(13.2)相位調制法電路復雜，但可以根據需要選擇適當的調制波長，實現高精度測量。圖13.14(b)所示為相位調制法的工作波形，將超聲波調制為正弦波發射出去，波長λ根據檢測距離而確定。若接收波與發射波的相位相差Δφ，則物體與傳感器的距離l為(13.3)圖13.14超聲波接近覺傳感器的工作波形若調制波的波長λ大于最大檢測距離，則n取0，即

介質的溫度、濕度等均會對超聲波的速度產生影響，若介質為氣體，則氣壓、氣流擾動、熱對流亦會對聲速產生影響，其中溫度的影響最大，空氣中的聲速可近似表示為(13.5)(13.4)13.2.2接近覺傳感器的應用

接近覺傳感器在機器人的自動尋軌、避障，以及機械手的軟抓取等方面都有應用。圖13.15所示為具有自動尋軌和避障功能機器人的接近覺傳感系統。圖13.15具有自動尋軌和避障功能的機器人紅外傳感器利用反射光強法感知距離信息，其測量原理如圖13.16所示。調制信號經可控功率放大器調節后送至紅外發光管，光電接收管接收的反射光強經解調和濾波后輸出電壓信號uo。光電接收管與目標物相距一定距離時，其輸出電壓uo與接收管和目標物之間距離x的關系可表示為(13.6)圖13.16紅外反射光強法接近覺測量 13.3機器人視覺傳感技術

13.3.1視覺傳感系統

1.視覺系統的組成

機器人視覺系統由圖像輸入、圖像處理、圖像理解、圖像存儲和圖像輸出等幾部分組成。圖像輸入部分通常由CCD固體攝像機、鏡頭和光源組成。CCD器件將光學圖像信息轉換為電信號；鏡頭既可以根據被測對象的遠近自動調節焦距，也可以根據光線的強弱自動調節光圈的大小；光源對視覺系統的影響很大，良好的光源可以使被測對象所形成的圖像最清晰，復雜程度最低，檢測所需信息得到增強。

2.機器人立體視覺原理

機器人視覺系統要處理三維圖像，就必須獲取物體的大小、形狀及其空間位置關系等信息。在空間判斷物體的位置和形狀一般可借助于距離信息、明暗信息和色彩信息，其中距離信息和明暗信息是判斷物體位置和形狀的主要依據，忽略色彩信息可以減少圖像的信息量，加快圖像處理的速度。明暗信息由CCD固體攝像機和光源獲得，距離信息可借助于立體攝像法、結構光法等獲取。

1)立體攝像法

在相距適當距離的地方設置兩臺攝像機并同時對準目標物體，根據三角測距原理可測出攝像機透鏡至目標物之間的距離。在立體視覺系統中，為了測定距離，需要設定幾個坐標系，如工作坐標系(目標物體的空間坐標系)、攝像機坐標系(以固定攝像機的機座為坐標原點)等。

圖13.17所示為攝像機坐標系(X,Y,Z)，在Z軸兩側分別對稱地放置一臺攝像機，兩臺攝像機透鏡的中心分別位于X軸的CL和CR點，其連線中心位于坐標原點O處，且距原點的距離均為a。圖13.17攝像機坐標系左眼坐標系到攝像機坐標系的坐標變換為

右眼坐標系到攝像機坐標系的坐標變換為(13.7)(13.8)通過OL和CL的直線稱為左視線中軸，通過OR和CR的直

線稱為右視線中軸，分別記為LL和LR，其方程為(13.9)(13.10)

2)結構光法

選擇合適的光源和投光方法也可獲得物體的三維信息，這種方法稱為結構光法。在一些特定的場合中，這種方法既簡單又實用。

這里的“光源”是一個廣義的概念，可以是激光，也可以是微波或超聲波等。投光方法也有很多，可以將條狀光或其它結構的光相隔一定距離組成光柵投在物體上，得到線條或其它圖案組成的圖像，再根據圖像分析物體的形狀，如圖13.18所示。圖13.18結構光照明實例13.3.2圖像處理技術

1.圖像分割

機器人視覺處理的是某些特定物體，物體成像時往往位于圖像的某一區域，如何將物體圖像與其它部分區分開就涉及到圖像分割。圖像分割常用閾值處理和邊緣檢測兩種方法。

1)閾值處理

以常見的8bit灰度圖像為例，圖像f(x,y)中每個像素點灰度的取值范圍為0～255。若選擇合適的算法計算出一個灰度閾值t，根據每個像素點與閾值關系可將圖像的灰度級減少，使其成為二值圖像g(x,y)，即

這種方法又稱為二值化，在圖像前期處理中占有重要的地位，可以減少數據量，突出圖像特征。如圖13.19所示，經過二值化后的圖像更加突出軸承的輪廓。(13.11)圖13.19軸承的二值化圖像

2)邊緣檢測

利用灰度值的不連續性，找出物體與背景的分界線，這種方法稱為邊緣檢測。邊緣檢測是將圖像f(x,y)中灰度變化最明顯的部分作為邊緣，即求出圖像f(x,y)梯度 的大小。

對于數字圖像，可用差分代替微分。常用的方法為交叉差分法，該方法不需計算二階差分。圖13.20所示為圖像中相鄰的四個像素，用交叉差分法計算相鄰交叉像素的灰度差之和，即

f(x,y)=|f(x,y)－f(x+1,y+1)|+|f(x+1,y)－f(x,y+1)|

(13.12)圖13.20交叉差分法計算示意

2.圖像理解

為了分析圖像，必須對圖像中目標的特征及結構關系進行識別，以獲取其特性描述，抽取其特征參數。常用的特征參數為面積、周長、形狀、不變矩等。

1)面積

面積A的計算公式為

A=an

(13.13)

式中：a——每個像素代表的面積；

n——分割區域中像素的個數。

2)周長

若采用鏈碼表示分割區域，則周長L可表示為

式中：Ci——第i個鏈碼的長度；

n——鏈碼的數量。

由于周長對噪聲很敏感，一般不直接作為特征參數，而與其它參數結合運算。(13.14)

3)形狀

形狀可由形狀因子S來描述，即

4)不變矩

分割區域的(p+q)階慣性矩定義為

(p+q)階中心矩定義為(13.15)(13.16)(13.17)中心矩具有與位置無關的特性。對(p+q)階中心矩作歸一化處理，可得

式中，g=1+(p+q)/2。利用歸一化中心矩可構造不變矩

j1=h20+h02

(13.19)

j2=(h20－h02)2+4h11

(13.20)

(13.18)13.3.3視覺傳感系統的應用

1.焊接機器人的視覺系統

焊接過程中存在弧光、電弧熱、煙霧以及飛濺等強烈干擾，而視覺傳感器具有靈敏度高、動態響應特性好、信息量大、抗電磁干擾、與工件無接觸等特點，已逐步應用于焊接機器人的視覺系統中。根據視覺傳感器使用的照明光源不同，把視覺方法分為被動視覺和主動視覺兩類。

被動視覺是從某種材料的焊接電弧光譜中選擇某一波長范圍，此波長對應金屬譜線的光譜強度大于電弧的輻射強度，通過濾光片將此波長范圍以外的弧光濾掉，即可利用熔池自身的輻射成像。焊接機器人的視覺系統大多采用主動視覺技術，主動視覺是基于三角測距原理的視覺方法，其光源為單光面或多光面的激光或掃描激光束，將視覺傳感器放在焊槍的前面以避免弧光、煙霧的干擾。由于光源是可控制的，因此可以濾除環境對圖像的干擾，真實性好。圖13.21所示為采用激光掃描和CCD器件接收的視覺傳感系統結構原理圖。圖13.21激光掃描和CCD器件接收的視覺傳感系統結構原理圖

2.管內作業機器人的視覺系統

管內作業機器人是一種可沿管道內壁行走的機構，可攜帶多種傳感器及操作裝置，實現管道焊接、防腐噴涂、壁厚測量、管道的無損檢測、獲取管道的內部狀況及定位等功能。

圖13.22所示為管內X射線探傷機器人的結構示意圖。圖13.22管內X射線探傷機器人結構示意圖 13.4機器人嗅覺傳感技術

13.4.1氣敏傳感器

1.金屬氧化物半導體(MOS)型氣敏傳感器

用金屬氧化物，如SnO2、ZnO、Fe2O3、TiO2、WO3等制成的半導體氣敏元件在氣敏傳感器中被廣泛使用，它對氣體尤其對可燃性氣體和某些有毒氣體具有較高的靈敏度。半導體型氣敏傳感器制作工藝簡單，價格便宜，響應速度快，但對氣體的選擇性差，元件參數分散，且必須加熱使用，當探測氣體中混有硫化物時，傳感器容易“中毒”。

2.電化學型氣敏傳感器

電化學型氣敏傳感器有兩種類型：一種是液體電解質氣敏傳感器，即氣體直接氧化或還原產生電流，或氣體溶解于電解質溶液中并離子化，離子作用于離子電極產生電動勢；另一種是有機凝膠電解質或固體電解質氣敏傳感器，即電解質兩邊的電勢差與電極兩邊氣體分壓之比成對數關系。電化學型氣敏傳感器可以檢測O2、CO、NO2、Cl2、H2S、NH3、H2等氣體，測量范圍寬，精度高，用途較廣。

3.聲表面波(SAW)型氣敏傳感器

這種傳感器是在SAW的傳播途徑上沉積了能吸附特定氣體的聚合物膜，當這層氣敏薄膜吸附氣體后，接收到的SAW會發生相移，相移量與吸附的氣體有關，通過測量相移(或頻率)即可識別氣體。

4.石英諧振(QCM)型氣敏傳感器

這種傳感器由直徑為數微米的石英諧振盤和盤兩邊的電極組成。當振動信號加在傳感器上時，傳感器會發生諧振。諧振盤上沉積有可逆的氣體吸附材料薄膜，薄膜吸附氣體后，諧振盤的質量增加，從而降低了諧振頻率，諧振頻率的變化量是氣體濃度的線性函數。但這種傳感器的測量范圍較小，受環境因素影響大。

5.LB膜氣敏傳感器

LB膜技術是一種有機高分子單分子膜堆積技術，即在水氣界面上將分子加以緊密排列，然后轉移到固體載體上的成膜技術。LB膜極薄，利用其作為傳感膜的基質，再加上識別系統，可研制出響應速度快、靈敏度高、性能優異的氣敏傳感器。這種傳感器可在常溫下使用，并能與平面硅微電子技術兼容，易于實現小型化和集成化。目前LB膜技術已引起相關學者的極大興趣，其研究非常活躍。13.4.2電子鼻

電子鼻是對生物嗅覺系統功能的模擬，由氣敏傳感器陣列、信息處理系統和模式識別系統等功能器件組成，如圖13.23所示。圖13.23電子鼻系統結構框圖

1.氣敏傳感器陣列

氣敏傳感器陣列是電子鼻的核心，它由多個具有不同選擇性的氣敏傳感器組成。利用其對多種氣體的交叉敏感性，將不同氣味分子在其表面的作用轉化為方便計算且與時間相關的可測物理信號組，可實現混合氣體分析。

氣敏傳感器陣列可以由分立的氣敏傳感器組合而成，也可以采用集成工藝制作傳感器陣列，這種陣列體積小、功耗低、便于信號的集中采集與處理。單個氣敏傳感器對氣味的響應用一個參數表示，而氣敏傳感器陣列中每一種傳感器都有不同的靈敏度，對特定氣味均有惟一的響應圖譜，對不同氣味的響應模式也截然不同。在全部傳感器組成的多維響應空間中形成響應模式，這正是電子鼻能夠對多種氣味進行辨識的關鍵。

氣敏傳感器必須對不同的氣味均有響應，即通用性要強；同時與氣味分子的相互作用或反應必須快速、可傳遞、不產生任何“記憶效應”，以獲得對氣味的瞬時敏感響應。

2.信息處理系統

信息處理系統相當于二級嗅覺神經元，將氣敏傳感器陣列的響應經濾波、放大和A/D轉換后，實現預加工處理，完成特征信號的提取，并將提取后的數字信號輸入計算機。

被測嗅覺信號的強度既可用每個氣敏傳感器輸出的絕對電壓、電阻或電導來表示，也可用相對信號電阻或電導的變化率來比較嗅味的性質。

3.模式識別系統

模式識別系統相當于人類的大腦，利用一定的算法(對嗅覺信號進行處理判斷的分析軟件)完成對氣味、氣體的定性或定量辨識。傳感器陣列輸出的信號經專用軟件采集、加工、處理后，與經過學習、訓練所采集的已知信息進行比較、識別，最后得出定量的質量因子，確定被測樣品的真偽、優劣等質量指標。模式識別系統的關鍵在于模式識別軟件所用的數學方法，常用主元分析法(PCA)、偏最小二乘法(PLS)、歐幾里德聚類分析法(ECA)、辨別分析法(DA)、辨別因子分析法(DFA)、模糊識別法(FR)和人工神經網絡法(ANN)等，將多維響應信號轉換為感官評定指標值或組成成分的濃度值，得到被測氣味的定性分析結果。 13.5機器人味覺傳感技術

13.5.1味覺傳感器

按作用機理不同劃分，味覺傳感器大致可分為基于電位分析技術、伏安分析技術和表面光伏電壓技術等幾大類。

1.基于電位分析的味覺傳感器

這類傳感器都是以高阻抗的薄膜型傳感器陣列為基礎，通過測量膜兩端電荷數量變化引起的電位變化來反映味覺信息。膜由不同的材料制成，能對液體中各種不同類型的化學物質提供足夠的選擇性,如日本九洲大學KiyoshiToko等設計的多通道類脂膜味覺傳感器和采用硫屬化合物玻璃材料制作的交互感應味覺傳感器。這類傳感器的主要特點是操作簡便、快速，能在有色或混濁試液中進行分析。膜電極直接給出的是電位信號，易于實現連續測定與自動檢測,但檢測范圍受到限制，對非電解質和弱電解質物質(如大多數甜味物質和一些苦味物質)不敏感，需要通過加大陣列數、增加交互感應、改善傳感器模型等方法加以改進。此外，這種傳感器對電子元件的噪聲敏感，對電子設備和檢測儀器要求較高。

2.基于伏安分析的味覺傳感器

在外加電壓作用下測定通過溶液的電流是一種非常有效而常用的分析方法。在傳感器的工作電極上施加變化的電壓信號時，響應電流也會產生變化，記錄下這些變化量就會獲得溶液的相關信息。

這類傳感器的靈敏度高、適應性強、操作簡單，已成為廣泛使用的分析技術。由于被測溶液中幾乎所有的組分在外加電壓下都會產生電流，造成分辨率不高，因而可通過選用不同的電壓(如周期性、直流或脈沖)來滿足選擇性要求。

3.基于表面光伏電壓的味覺傳感器

光學技術也被應用于味覺傳感器上，如光尋址電位傳感器(LAPS)技術，也稱為表面光伏技術(SPVT)或電位測量交流生物傳感器(PAB)。其基本原理是基于半導體的內光電效應，當強度調制光照射在LAPS器件的正面或背面時，在與器件相連的外電路中檢測到光電流，其大小與光強、耗盡層的厚度(反應外加偏壓的大小)等有關。若固定其它參數，僅考慮敏感膜與溶液的響應電壓對耗盡層的影響時，光電流的大小就反映了膜的響應。利用LAPS的這種特性可用來制作味覺圖像傳感器。當光源在LAPS上作連續掃描時，記錄下每一個掃描位置光電流的大小，就可形成一幅用于液體分析的圖像，相當于在掃描區域內集成有上千個傳感器，構成了一個理想的大容量傳感器陣列。如果在硅傳感器上沉積對不同味覺物質敏感的敏感膜，可實現對溶液成分和濃度的測試。這種新的傳感器技術已逐漸成為研究的熱點。13.5.2味覺傳感器的模式識別

機器人味覺傳感器與嗅覺傳感器類似，也是由多種不同的具有非選擇性的味覺傳感器組成陣列，各種味覺傳感器對溶液中的不同組分均具有不同的感應度，而且是交互感應，這樣就可以獲得多維響應模式。將這些相關信息進行整合，得到樣品相似或差異等方面的細致描述，這就是機器人味覺傳感器的模式識別。

模式識別方法主要有主元分析法(PCA)、人工神經網絡法(ANN)、模糊識別法(FR)和混沌識別法(CR)等。 13.6機器人聽覺傳感技術

13.6.1聽覺傳感器

1.動圈式傳聲器

圖13.24所示為動圈式傳聲器的結構，振膜輕而薄，可隨聲音振動。動圈與振膜粘附在一起，隨振膜的振動而運動。動圈位于磁鋼形成的磁場中，當動圈在磁場中運動時，會產生感應電勢。感應電勢與振膜振動的振幅和頻率相對應，因此動圈輸出的電信號與聲音的強弱、頻率相對應，即將聲音轉換為音頻信號。圖13.24動圈式傳聲器的結構

2.電容式傳聲器

圖13.25所示為電容式傳聲器的結構，由固定電極和振膜構成電容器，電源電壓U經過固定電阻R加至電容器的固定電極。當聲音傳入時，振膜可隨聲音振動，則振膜與固定電極間的電容量也隨聲音而變化，從而引起電容器的容抗發生變化。容抗變化使A點電位變化，經電容C耦合后，對A點電位進行前置放大，最終得到音頻信號輸出。圖13.25