设计层面的多传感器融合如何提高工业机器人的性能

　　目前，很多大型工厂都有大量的工业机器人，它们与人力一起，为社会工业化生产创造了不仅其数的价值。但是，目前的工业机器人仍旧在不停地发生着技术上的改进，特别是伴随着MEMS加速度传感器、陀螺仪、压力传感器等智能化元器件的更新与改进，工业机器人也会借助传感器技术使它们变得更智能、使用更安全，从而激发提供更大的价值的诸多潜能。

　　MEMS技术让传感器更加小型化、智能化的同时，也提高了工业机器人的工作效率和安全。由于工业机器人除了更好地检测到异常情况，例如可能造成损坏的剧烈震动外，更需要感测到工人的存在，以避免对工人造成伤害。例如，在很多臂式机器人中，设计人员可以选用内置了微控制器和内存的加速度传感器，通过定制软件构建微小的控制系统，在机器人的末梢或手臂部分安装必要的传感器，来控制机器人的手臂运动，监测工作中的异常情况，同时也保证了安全生产的进行。

　　而在当下机器人传感器系统设计中，下一步的趋势将会是借助传感器，来实现机器人性能目标。这通常被称为传感器融合，支持传感器系统利用各个传感器的优势生成更准确的数据和更好的产品设计。

　　例如，电子罗盘可指示南北方向。虽然有人可能认为，读取地球磁场的磁传感器足以提供稳定的信息，但事实并非如此。

　　磁传感器的输出值随传感器向上或向下倾斜而发生变化，因此需要添加线性加速度传感器来感测倾斜运动，并采用某个三角函数算法补偿磁传感器的读数。一个好的电子罗盘的设计将采用这两种传感器。而更好的系统将把这些传感器集成在同一个封装中，从而产生更小的传感器。例如，一些传感器厂家生产的多轴传感器中，会带有倾斜补偿的地磁场测量，能够提供一种简单的方法将xy轴的方向集成到任何机器人系统中。

　　另外，例如一些无法利用GPS模块导航信号进行室内定位的系统，可以采用WiFi基站三角测量法，在商场或机场内定位用户的智能手机。该系统的精度可通过添加极小的气压传感器得以增强。凭借约30厘米（1英尺）的相对高度分辨率，此传感器能够轻松地检测到手机在大楼内向楼上还是楼下移动。这个简单的信息对于简化或验证复杂的三角测量算法非常有用。看守室外设施的监控机器人还需要了解它是向山上还是山下运动，这对机器人的速度和功耗都有影响，也是计算其自主持续时间需要考虑的重要数据。

　　最后，采用含气压传感器的高度计，能够实现的冲击检测，这是传感器融合的另一个功能。在仓库地面或医院大厅四处移动的自主机器人的设计应避免撞到人或物体，但如果发生碰撞，机器人必须能够检测到碰撞。这时候，可以采取对加速度传感器进行编程的办法，使之根据特定的碰撞标记来检测震动，但这并非万无一失。在机器人周围添加了耦合了气动带的压力传感器后，此系统就可以拥有两个不同的传感信息源，这样就能够提高碰撞事件检测的精确度。