盡管在科普小說節(jié)目中可視化的許多小工具已經(jīng)成為現(xiàn)實，例如移動通信，無人駕駛車輛和克隆，但今天的家庭和辦公室周圍幾乎沒有機器人助手。當然，許多房主都會抓住機會將重復的家務勞動卸載到一個自愿的自動機上?？梢越ㄗh大量的家用機器人應用，但市場準備的產(chǎn)品出現(xiàn)緩慢。造成這種情況的原因可能是客戶要求尚未得到充分界定，或者尚未實現(xiàn)可負擔性和功能性之間的可接受平衡。隨著處理能力的價格持續(xù)下降，這種情況開始發(fā)生變化。此外，隨著小型低成本電腦板如CircuitCo Beagle Board或Arduino電路板的廣泛應用，全世界的機器人制造商社區(qū)都能夠吸引更多的肥沃思想，從而創(chuàng)造出可以產(chǎn)生合適的條件。在消費者市場中具有商業(yè)意義的平臺。

事實上，家用的第一臺自動機器人已經(jīng)到了：付出了代價。諸如吸塵地板和割草等家務現(xiàn)在可以交給能夠在整個房間或草坪中導航以清潔或切割整個區(qū)域的機器。小型機器人真空吸塵器現(xiàn)在可以以200美元左右的價格購買，而機器人割草機是市場上新推出的，價格在1200美元左右或以下。

Hobby Robots展示未來之路

用于業(yè)余愛好者的機器人套件已經(jīng)上市例如Parallax ActivityBot（圖1），以及使機器人進行諸如吸塵或割草等家務所需的引導技術得到了很好的發(fā)展和理解。這些已經(jīng)在機器人設計競賽中得到磨練，例如自1991年以來一直在運行的年度名古屋國際微機器人迷宮大賽（MAZE）。

圖1：ActivityBot是一個基本的教育機器人板載各種技術，包括電力電子，加工和傳感跟隨線迷宮的算法可以基于兩個簡單規(guī)則之一。對于基本迷宮，假設沒有循環(huán)，右手規(guī)則或左手規(guī)則將保證成功。右手規(guī)則始終優(yōu)先于向前直行或向左轉(zhuǎn)。如果沒有右轉(zhuǎn)選項，右手規(guī)則將始終直行而不是向左轉(zhuǎn)。相反，左手規(guī)則更傾向于左轉(zhuǎn)或直行而不是向右轉(zhuǎn)。

機器人可以使用紅外傳感器陣列檢測線路，紅外傳感器將紅外線（或可見光）照射到地板和監(jiān)視器上反思。可以使用諸如Vishay TCND5000的紅外反射光學傳感器。將傳感器內(nèi)聯(lián)布置在機器人的底盤上可以通過使用簡單的邏輯準確檢測左，右或死點位置，例如通過假設從白色地板反射的光產(chǎn)生高傳感器輸出而從較少的光反射來自暗線導致低輸出。當輸出改變時，可以檢測線迷宮中的T形接頭，以便所有傳感器同時指示看到黑色。類似地，如果左側(cè)傳感器指示黑色而右側(cè)指示白色，則可以檢測到左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，反之亦然。所有檢測到白色的傳感器都表示死角。假設底盤具有獨立驅(qū)動的車輪，可以根據(jù)檢測到的模式調(diào)整左側(cè)和右側(cè)電機的相對速度，使機器人沿所需方向移動：前進，左，右或掉頭雖然迷宮比賽有助于加速機器人運動控制的發(fā)展，但簡單的線路跟蹤并不適用于商用設備，如吸塵器或割草機。需要采用不同的位置感應策略。

從挑戰(zhàn)到家務

一系列成熟的機器人真空吸塵器使用光學中斷來檢測事件，例如到達墻壁或一段臺階的頂部，或者檢測設備何時被拾取，因此應關閉。光學傳感器安裝在機器前緣的傳感器條中。這些傳感器可以包括分立的發(fā)射器和檢測器，或者可以是集成類型，例如Omron EE-SX-3070光敏微傳感器，其包括具有內(nèi)置放大器和溫度補償?shù)陌l(fā)射器和光電檢測器元件。傳感器桿具有模制的保險杠，其包括光束阻擋器，其在發(fā)射器和檢測器之間移動以在保險杠與墻壁接觸時偏轉(zhuǎn)時中斷光束。就EE-SX-3070而言，當光電探測器較暗時，其輸出為ON。另一個部件是EE-SX-4070在探測器點亮時提供ON輸出。機器人控制器可以使用結(jié)果信號作為房間邊緣到達的指示，并且可以指示從動輪改變方向。

類似的光學傳感器或微動開關可用于檢測機器何時具有當機器從地板上抬起時，當輪子下降到其外殼中時，通過激活來拾取。

對于樓梯檢測，通過測量光學反射來感測地板的接近度。諸如Vishay TCND5000反射光學傳感器的傳感器是合適的。 TCND5000是一款6 mm x 4.3 mm表面貼裝器件，其中包含一個紅外發(fā)射器，安裝在光電探測器旁邊，不包括可見光。它可以檢測到2 mm到25 mm范圍內(nèi)的接近度。

在機器人真空應用中，這種類型的傳感器以朝下的方向安裝在機器邊緣的傳感器條中，并發(fā)出信號表示當反射信號突然變?nèi)趸虿辉贆z測到時，已到達樓梯使用紅外或超聲波距離測量可以實現(xiàn)更復雜的非接觸式墻壁感測?；诩t外的距離測量傳感器（如Sharp GP2Y0A51SK0F）會產(chǎn)生與反射到內(nèi)置探測器上的紅外信號強度成比例的模擬電壓。該傳感器能夠測量2厘米至15厘米的距離，通過使用三角測量法計算距離，最大限度地降低了檢測表面的反射率對測量精度的影響。紅外發(fā)射器，探測器和信號處理電路都集成在27.0 mm×10.8 mm×12.0 mm封裝內(nèi)（圖2）。該傳感器提供快速啟動，在5.0 ms內(nèi)產(chǎn)生其首次穩(wěn)定的輸出測量。對應于15 cm的電壓與對應2 cm的電壓之間的典型輸出差異為1.65 V.

圖2：Sharp GP2Y0A51SK0F集成了生成模擬所需的電路輸出電壓與測量的距離成正比。在其他適用于機器人引導的非接觸式傳感技術中，已經(jīng)提出了使用超聲波傳感的距離測量。諸如Parallax PING）））28015超聲波距離傳感器的接近感測模塊發(fā)射超聲波“啁啾”并產(chǎn)生輸出脈沖，該脈沖在接收到回波時終止。該脈沖的持續(xù)時間表示到最近的反射表面的距離（圖3）。在機箱的前部，后部和側(cè)面放置多個超聲波感應模塊，使機器人能夠檢測到相對于障礙物的位置，而不會有損壞設備或家居裝飾品或家具的風險。

圖3：使用超聲波傳感模塊進行距離測量

正如迷宮解決機器人“學習”它所遵循的迷宮一樣，機器人吸塵器能夠繪制出需要清潔的地面空間。通過映射，機器人能夠返回其對接站，例如當集塵器上的傳感器發(fā)出必須清空的信號時，或者當電池充電狀態(tài)傳感器指示需要再充電時。當準備好恢復操作時，機器人可以返回其最后的工作位置以繼續(xù)。

讓我們?nèi)ネ饷?/p>

機器人割草機必須應對不同的操作條件。通常無法使用方便的墻壁或其他反射表面來指示工作區(qū)域的限制。相反，電線被埋在或圍繞草坪的周邊。驅(qū)動電路在邊界線上傳輸信號，該信號可以是RF或音頻音調(diào)，并且安裝在割草機上的諸如無線電接收器，麥克風或電感傳感器的傳感器可以檢測該單元何時到達周邊。割草機通常在金屬圍欄區(qū)域內(nèi)隨機移動，以切割比預先選定的切割長度更長的草。安全切斷對于此類應用至關重要，包括用于避免碰撞的接近傳感器和用于檢測裝置何時被拾取或可能意外倒置的傳感器。更復雜的割草機還可能包括溫度和雨水傳感器，使割草機能夠在天氣條件不適合割草時自動檢測。

市場起飛？

隨著消費者應用開始出現(xiàn)價格實惠的機器人，下一個前沿發(fā)展可能是機載機器人。 Parallax公司除了提供半導體和元件系列外，還提供教育套件，市場上有許多飛行機器人套件，并正在推廣無人機系統(tǒng)（UAS）教育計劃。這旨在增加多學科的專業(yè)知識，如軟件設計，電機控制，電子設計，包括GPS和加速度計和陀螺儀的使用，以及負責任的飛行等更廣泛的問題。潛在的應用可能包括緊急服務的救援援助，或玩具，新穎的園林照明或航空攝影等消費應用。

步行，說話的機器人個人助理可能仍然是科幻幻想，或昂貴的研究項目的主題，有一段時間了。然而，家用機器人的時代已經(jīng)開始，通過高性能處理器和成熟，可靠且價格合理的傳感器等技術實現(xiàn)。