機(jī)器人本質(zhì)上是一種具有自主運(yùn)作能力的機(jī)器。為了實(shí)現(xiàn)自主性，需要一整套傳感器來滿足不同任務(wù)的要求，例如自主導(dǎo)航、物體檢測(cè)、接近感測(cè)等。隨著傳感器技術(shù)越來越成熟，過去幾年來，各類傳感器的成本逐漸降低，推動(dòng)了其在機(jī)器人領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。機(jī)器人作為高度集成的機(jī)器，需要應(yīng)用很多傳感器，包括從光學(xué)編碼器、電流傳感器到慣性傳感器、攝像頭以及激光雷達(dá)(LiDAR)等。

　　根據(jù)感知的數(shù)據(jù)，機(jī)器人傳感器主要可以分為兩大類：本體感知傳感器和外部感知傳感器。本體感知傳感器收集機(jī)器人本體速度、扭矩和位置等內(nèi)部數(shù)據(jù)。這些傳感器通常用于機(jī)器人的控制。相反，外部感知傳感器主要收集外部環(huán)境數(shù)據(jù)，感知環(huán)境參數(shù)，例如障礙物的位置、施加在機(jī)器人上的外力以及許多其他輸入。

　　機(jī)器人傳感器分類

　　觸覺傳感器、攝像頭、激光雷達(dá)、雷達(dá)、超聲波傳感器等是外部感知傳感器的幾個(gè)典型示例。隨著各類機(jī)器人的日益普及，以及市場(chǎng)對(duì)“智能”機(jī)器人需求的不斷提高，英國(guó)知名研究公司IDTechEx預(yù)測(cè)機(jī)器人傳感器市場(chǎng)將在未來20年內(nèi)高速增長(zhǎng)。

　　據(jù)麥姆斯咨詢介紹，IDTechEx在這份最新報(bào)告中深入探討了9種常見的傳感器類型、9種機(jī)器人和29種應(yīng)用，深入分析了關(guān)鍵賦能技術(shù)、廠商和市場(chǎng)，并對(duì)未來20年的市場(chǎng)規(guī)模和銷售趨勢(shì)進(jìn)行了精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

　　本報(bào)告研究覆蓋的機(jī)器人類型、傳感器及其任務(wù)

　　導(dǎo)航和地圖測(cè)繪傳感器

　　得益于自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人自主運(yùn)行在過去十年中獲得了巨大的發(fā)展。作為機(jī)器人自主性最重要的體現(xiàn)之一，自主運(yùn)行使機(jī)器人能夠在最少的人工干預(yù)下獨(dú)立移動(dòng)，并完成物流配送、農(nóng)業(yè)應(yīng)用、測(cè)繪和探索等許多任務(wù)。

　　機(jī)器人3D傳感器應(yīng)用

　　自主運(yùn)行需要包括兩個(gè)步驟：地圖測(cè)繪和導(dǎo)航。最初，機(jī)器人需要能夠測(cè)繪周圍環(huán)境的地圖，構(gòu)建由點(diǎn)云組成的環(huán)境模型，并規(guī)劃移動(dòng)軌跡/路徑，然后遵循規(guī)劃的軌跡利用導(dǎo)航傳感器定位運(yùn)行。這兩個(gè)步驟都需要物體檢測(cè)、導(dǎo)航和從周圍環(huán)境收集數(shù)據(jù)的傳感器。在實(shí)踐中，根據(jù)不同的工作環(huán)境，各類導(dǎo)航和地圖測(cè)繪傳感器通常需要一起使用，并利用傳感器融合算法處理來自不同傳感器的數(shù)據(jù)。

　　典型的導(dǎo)航和地圖測(cè)繪傳感器包括激光雷達(dá)、雷達(dá)、攝像頭、GPS/GNSS和超聲波傳感器(包括1D和3D)等。下表比較了其中一些傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，IDTechEx在報(bào)告中提供了更深入的技術(shù)分析。

　　典型導(dǎo)航和地圖測(cè)繪傳感器對(duì)比分析

　　碰撞/接近傳感器

　　除了自主運(yùn)行，安全始終是所有機(jī)器人的首要任務(wù)，尤其是隨著人機(jī)交互(HRI)的提高以及任務(wù)的越來越復(fù)雜。IDTechEx預(yù)計(jì)，相關(guān)法規(guī)將越來越嚴(yán)格，以確保人機(jī)交互的安全水平。為了使機(jī)器人符合安全要求，機(jī)器人需要能夠精確感知與人類操作員之間的相對(duì)距離和碰撞可能。當(dāng)人類操作員/物體接近時(shí)，機(jī)器人需要減速或停止。為此，機(jī)器人通常需要利用碰撞/接近傳感器。

　　隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，碰撞檢測(cè)和接近檢測(cè)之間的界限已經(jīng)模糊。碰撞檢測(cè)和接近檢測(cè)之間的根本區(qū)別是物體和傳感器/機(jī)器人之間的距離。從技術(shù)角度來看，碰撞/接近傳感器通?；诠夥瓷浞āw行時(shí)間法、三角測(cè)量法、電容檢測(cè)法和超聲波測(cè)距法這五種檢測(cè)原理中的一種或多種。

　　下圖比較了幾種商用傳感器的檢測(cè)原理，概述了每種檢測(cè)方法的響應(yīng)時(shí)間和最大檢測(cè)范圍?？傮w趨勢(shì)來看，機(jī)器人終端用戶希望傳感器具有響應(yīng)速度快、探測(cè)范圍大、占位面積小等特點(diǎn)。然而，對(duì)于不同的應(yīng)用，某些特性可能會(huì)有所取舍。例如，用于物流或物料處理的室內(nèi)自主運(yùn)行機(jī)器人，可能就不需要像室外移動(dòng)機(jī)器人那樣大的探測(cè)范圍。

　　接近檢測(cè)技術(shù)對(duì)比分析

　　總結(jié)

　　IDTechEx深入分析了29種機(jī)器人應(yīng)用中的傳感器，表明機(jī)器人傳感器市場(chǎng)將迎來高速增長(zhǎng)。鑒于機(jī)器人和自主運(yùn)行機(jī)械的巨大市場(chǎng)規(guī)模，IDTechEx預(yù)計(jì)機(jī)器人傳感器市場(chǎng)規(guī)模將在未來20年增長(zhǎng)20倍，到2043年增長(zhǎng)至800億美元以上。每類機(jī)器人及其傳感器都有各自的需求和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。巨大的市場(chǎng)規(guī)模和高速增長(zhǎng)代表著大量機(jī)遇，本報(bào)告對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)分析。

　　按應(yīng)用細(xì)分的機(jī)器人傳感器市場(chǎng)預(yù)測(cè)(樣刊模糊化)