5、让机器人通过传感器感知世界

让机器人通过传感器感知世界

1. 传感器技术概述

每个机器人都需要传感器来感知其周围环境，有时还需要监测自身状态。传感器的任务是将物理世界中机器人所关注的特征（如环境温度）转化为 Arduino 能够通过特定接口读取的电信号。在选择合适的传感器时，需要确保它至少在理论上能满足应用的要求。

1.1 常见传感器特性

选择传感器时，测量范围和分辨率是两个至关重要的特性：
- 测量范围 ：指传感器能够测量的物理量的最小值和最大值。例如，一个距离传感器的测量范围可能是 10 cm 到 100 cm。如果实际距离超出这个范围，传感器可能会报告错误代码或给出错误值。在选择传感器之前，需要考虑要测量的范围（如距离、温度、重力、亮度等），并选择一个能覆盖整个范围的传感器，理想情况下还应有一定的余量。
- 测量分辨率 ：大致表示传感器在其测量范围内的测量精度。分辨率越高，测量越精确，因此通常更倾向于选择高分辨率的传感器。分辨率有绝对和相对两种表达方式：
- 绝对分辨率 ：以测量单位的绝对术语表示，如距离传感器的分辨率为 1 cm，电流传感器的绝对分辨率为 1 mA，温度传感器的绝对分辨率为 1 K。较小的绝对分辨率值意味着更高的分辨率。
- 相对分辨率 ：以位为单位表示。例如，一个测量范围为 -5 A 到 5 A、分辨率为 10 位的电流传感器，它能在其测量范围内检测到 (2^{10} = 1024) 个不同的状态。

需要注意的是，传感器的理论分辨率并不一定等同于实际的信号质量。由于信号