7、特种机器人的传感技术：视觉与听觉传感器解析

特种机器人的传感技术：视觉与听觉传感器解析

一、视觉传感器

1.1 视觉传感器概述

为使服务机器人具备自主行动功能，它需具备识别外界的能力，尤其是要能识别操作对象。在服务机器人从外界获取的信息中，视觉信息占比最大。视觉传感器是一种无需接触物体就能进行检测的远程传感器，虽对外界进行二维图像处理，但通过适当的信息处理也能识别三维信息。

1.2 光电转换设备

在人工视觉系统中，相当于眼睛视觉细胞的光电转换设备有多种，随着半导体技术的发展，过去的管状光电转换设备因工作电压高、功耗大、尺寸大等缺点，逐渐被固态设备取代。
- 光电二极管 ：当半导体PN结受光照射，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，光子会被吸收形成电子 - 空穴对，产生电位差并输出与入射光量对应的电流或电压。它利用光伏效应，使用时一般施加反向偏置电压，也可无偏置电压使用。零偏置时，PN结电容变大、频率响应降低，但线性度好；施加反向偏置时，无载流子的耗尽层增加，响应特性改善，根据电路结构，光检测响应时间可低于1 ns。雪崩光电二极管（APD）利用强电场下电子运动加速产生的电子雪崩放大原理，用于检测弱光，响应特性良好，还可作为位置检测元件，连续检测光束入射位置及二维平面上光斑的位置，其电极是均匀电阻膜。
- 光电晶体管 ：在PNP或NPN光电晶体管的集电极C和基极B之间形成光电二极管。受光照射时，反向偏置的基极和集电极之间产生电流，放大后的电流流经集电极和发射极。由于具有放大功能，产生的光电流是光电二极管的100 - 1000倍，响应时间约为微秒级。
- CCD图像传感器