第五章机器人感官
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光电管基于半导体的光生伏特效应。
光电二极管：正极由 p 型半导体构成， 而负极是 n 型半导体，其连接处形成一 个 pn 结。
02 机器人的眼睛和视觉
2.1 感知光照强度的视觉传感器
无光照射时，光电二极管反向电阻大，电流小， 此时，光电二极管处于截止状态。 受光照射时，光电二极管形成由n区指向p区的 光电流 ，光电二极管处于导通状态，光照越 强，形成的光电流越强。光敏二极管通过图(b) 所示的电路将光信号LIN变换为电信号VOUT。
其中，感受器即感官（感觉器官）。
感官（感觉器官）对于生命体的重要性在于：没用感官， 就感受不到刺激，反射弧就不可能形成反射，生命体就不 会有“刺激-反应”的行为，生命体因而就不会有活性。
01 关于机器人的感官
1.2 回顾：机器人的反射弧
机器人，是一种机器生命，是对自然生命的模拟（模仿）， 需要表现类似人和动物的“刺激-反应”行为和“感知-行 动”机能，因而，也有自己的感官（感觉器官）。
因此，选用红外传感器作为视觉器官，机器生命（自治移 动式机器人）就能在一定程度上捕获物体的影像，从而识 别环境或物体，跟踪目标，测定障碍物距离以避免碰撞。
02 机器人的眼睛和视觉
2.2 红外视觉传感器
实际上，机器人也是一种“刺激-反应”体，并且，也具有 形成“刺激-反应”过程的“反射弧”，当然，是机电式反 射弧。
式机 反器 射人 弧的
机 电
01 关于机器人的感官
1.2 回顾：机器人的反射弧
机电式反射弧是机器生命的反射弧，是自治移动式机器人 的反射弧。机电式反射弧也包含着五个组成部分：
感受器：感受刺激的传感器 传入神经：传送传感信号的电子输入线路 神经中枢：计算机或电脑 传出神经：传送控制信号的电子输出线路 效应器：表现反应的执行机构
系 统 “ 刺 激
反 应
经”
反反 射射 弧活 的动 结形 构成
于 一 种 被 称 为
01 关于机器人的感官
1.1 回顾：“刺激-反应”与反射弧
反射弧（Reflex Arc）是最基本的和最小的“刺激-反应” 体，包含五个组成部分：
感受器：感受刺激的感觉器官 传入神经：传送感觉信号的神经线路 神经中枢：调节特定机能的神经结构 传出神经：传送效应信号的神经线路 效应器：表现反应的运动器官
光敏电阻通过图3.3(d)所示的电路将 光信号LIN 变换为电信号 VOUT。
02 机器人的眼睛和视觉
2.2 红外视觉传感器
光敏电阻和光电管只能感知光的强度，不能获得影像。 机器生命（自治移动式机器人），为了获得物体的影像， 可采用红外传感器。
红外线非可见光，然而，基于物体色温的不同分布，基于 黑色物体吸收红外光线而白色物体反射红外光线的原理， 红外传感器能感知物体的轮廓，同时，根据接收到的红外 光线的强度，红外传感器还能感知物体的距离。
机 器 人 或 机 器 生 命 ， 是 Nilsson 所 说 的 “刺激－反应”体，而“刺激－反应”源 于感官。
01 关于机器人的感官
1.1 回顾：“刺激-反应”与Fra Baidu bibliotek射弧
“刺激-反应”，是生命体活性的基本特征，是生命体最基 本的感知活动。
活的在
动过生
是程物
Reflex
反 射 （ ） 。
中 ， 最 为 基 本 的 神
机器人的感官（传感器），可以划分为两类：
外部传感器（External Sensors）：即感知外部环境的 传感器，感知来自客体（外部环境）信息或刺激，如： 我们的眼睛，耳朵，鼻子，舌头，身体等器官，主要功 能或作用在于获取环境的信息。
内部传感器（Internal Sensors）：即感知自身状态的传 感器，感知主体的内在状态，如：惯性测量单元感知身 体姿态，光电码盘感知电机速度等。
02 机器人的眼睛和视觉
机器生命（自治移动式机器人）的视觉来自光电传感器， 如光敏电阻、光电管、红外传感器、激光传感器、数字摄 像仪等，它们是机器生命的眼睛。
2.1 感知光照强度的视觉传感器
光敏电阻和光电管是基于半导体光电效应的光电传感器， 是最基本的感光元件，可用于感知光的强度。Wiener 的 机器蠕虫拟采用光电管作为视觉器官。
机 电 式 反 射 弧
01 关于机器人的感官
1.3 传感器：机器人的感官
机器人，是一种机器生命，是对自然生命的模拟（模仿）， 需要表现类似人和动物的“刺激-反应”行为和“感知-行 动”机能，因而，也有自己的感官（感觉器官）。
机器人的感官（感觉器官），一般称为：传感器 （Sensor），或称“敏感元件”，其功能和作用，与人和 动物的感受器是相似的或相同的。 不同的是，人和动物的感觉器官是有机组织，而机器人的 感觉器官是电子电气元件。
机器人技术概论
Introduction to Robotic Technology
第四章 机器人的感官
(Robotic Sensory Organs)
01 机器人的“刺激-反应” 02 机器人的眼睛和视觉 03 机器人的耳朵和听觉 04 机器人的鼻子和嗅觉 05 机器人的舌头和味觉 06 机器人的身和触觉 07 机器人的内部传感器 08 GPS与机器人的绝对坐标位置
传感器，作为机器人的感官（感觉器官），对于机器人的 重要性，与感官对于人和动物的重要性是一样的。有了传 感器，机器人就可能产生“刺激-反应”现象，进而形成 “感知-行动”机能。
01 关于机器人的感官
1.4 机器人感官（传感器）的分类
传感器是一种机电元件，它将被测物理量变换为电信号 （一般为模拟量），这种电信号经由模数电路（相当于机 器人的传入神经）转换为数字信号后，可由计算机或电子 计算器件（电脑）识别和处理。
光电三极管：由三层半导体材料组成，形 成两个 pn 结，光电流被作为三极管基极电 流而被放大，如图(c)所示。因此，光电三 极管对光照强度的变化较之光电二极管更 为敏感。
02 机器人的眼睛和视觉
2.1 感知光照强度的视觉传感器
光敏电阻：基于半导体的内光电效应。
硫化镉等半导体材料在光照下，其电导率会发生变化，光 照越强，电导率越高。 因此，由硫化镉等半导体材料制成 的光敏电阻的电阻值会随光照强度 的增大而下降，光照强度越大，其 电阻值越低。
光电二极管：正极由 p 型半导体构成， 而负极是 n 型半导体，其连接处形成一 个 pn 结。
02 机器人的眼睛和视觉
2.1 感知光照强度的视觉传感器
无光照射时，光电二极管反向电阻大，电流小， 此时，光电二极管处于截止状态。 受光照射时，光电二极管形成由n区指向p区的 光电流 ，光电二极管处于导通状态，光照越 强，形成的光电流越强。光敏二极管通过图(b) 所示的电路将光信号LIN变换为电信号VOUT。
其中，感受器即感官（感觉器官）。
感官（感觉器官）对于生命体的重要性在于：没用感官， 就感受不到刺激，反射弧就不可能形成反射，生命体就不 会有“刺激-反应”的行为，生命体因而就不会有活性。
01 关于机器人的感官
1.2 回顾：机器人的反射弧
机器人，是一种机器生命，是对自然生命的模拟（模仿）， 需要表现类似人和动物的“刺激-反应”行为和“感知-行 动”机能，因而，也有自己的感官（感觉器官）。
因此，选用红外传感器作为视觉器官，机器生命（自治移 动式机器人）就能在一定程度上捕获物体的影像，从而识 别环境或物体，跟踪目标，测定障碍物距离以避免碰撞。
02 机器人的眼睛和视觉
2.2 红外视觉传感器
实际上，机器人也是一种“刺激-反应”体，并且，也具有 形成“刺激-反应”过程的“反射弧”，当然，是机电式反 射弧。
式机 反器 射人 弧的
机 电
01 关于机器人的感官
1.2 回顾：机器人的反射弧
机电式反射弧是机器生命的反射弧，是自治移动式机器人 的反射弧。机电式反射弧也包含着五个组成部分：
感受器：感受刺激的传感器 传入神经：传送传感信号的电子输入线路 神经中枢：计算机或电脑 传出神经：传送控制信号的电子输出线路 效应器：表现反应的执行机构
系 统 “ 刺 激
反 应
经”
反反 射射 弧活 的动 结形 构成
于 一 种 被 称 为
01 关于机器人的感官
1.1 回顾：“刺激-反应”与反射弧
反射弧（Reflex Arc）是最基本的和最小的“刺激-反应” 体，包含五个组成部分：
感受器：感受刺激的感觉器官 传入神经：传送感觉信号的神经线路 神经中枢：调节特定机能的神经结构 传出神经：传送效应信号的神经线路 效应器：表现反应的运动器官
光敏电阻通过图3.3(d)所示的电路将 光信号LIN 变换为电信号 VOUT。
02 机器人的眼睛和视觉
2.2 红外视觉传感器
光敏电阻和光电管只能感知光的强度，不能获得影像。 机器生命（自治移动式机器人），为了获得物体的影像， 可采用红外传感器。
红外线非可见光，然而，基于物体色温的不同分布，基于 黑色物体吸收红外光线而白色物体反射红外光线的原理， 红外传感器能感知物体的轮廓，同时，根据接收到的红外 光线的强度，红外传感器还能感知物体的距离。
机 器 人 或 机 器 生 命 ， 是 Nilsson 所 说 的 “刺激－反应”体，而“刺激－反应”源 于感官。
01 关于机器人的感官
1.1 回顾：“刺激-反应”与Fra Baidu bibliotek射弧
“刺激-反应”，是生命体活性的基本特征，是生命体最基 本的感知活动。
活的在
动过生
是程物
Reflex
反 射 （ ） 。
中 ， 最 为 基 本 的 神
机器人的感官（传感器），可以划分为两类：
外部传感器（External Sensors）：即感知外部环境的 传感器，感知来自客体（外部环境）信息或刺激，如： 我们的眼睛，耳朵，鼻子，舌头，身体等器官，主要功 能或作用在于获取环境的信息。
内部传感器（Internal Sensors）：即感知自身状态的传 感器，感知主体的内在状态，如：惯性测量单元感知身 体姿态，光电码盘感知电机速度等。
02 机器人的眼睛和视觉
机器生命（自治移动式机器人）的视觉来自光电传感器， 如光敏电阻、光电管、红外传感器、激光传感器、数字摄 像仪等，它们是机器生命的眼睛。
2.1 感知光照强度的视觉传感器
光敏电阻和光电管是基于半导体光电效应的光电传感器， 是最基本的感光元件，可用于感知光的强度。Wiener 的 机器蠕虫拟采用光电管作为视觉器官。
机 电 式 反 射 弧
01 关于机器人的感官
1.3 传感器：机器人的感官
机器人，是一种机器生命，是对自然生命的模拟（模仿）， 需要表现类似人和动物的“刺激-反应”行为和“感知-行 动”机能，因而，也有自己的感官（感觉器官）。
机器人的感官（感觉器官），一般称为：传感器 （Sensor），或称“敏感元件”，其功能和作用，与人和 动物的感受器是相似的或相同的。 不同的是，人和动物的感觉器官是有机组织，而机器人的 感觉器官是电子电气元件。
机器人技术概论
Introduction to Robotic Technology
第四章 机器人的感官
(Robotic Sensory Organs)
01 机器人的“刺激-反应” 02 机器人的眼睛和视觉 03 机器人的耳朵和听觉 04 机器人的鼻子和嗅觉 05 机器人的舌头和味觉 06 机器人的身和触觉 07 机器人的内部传感器 08 GPS与机器人的绝对坐标位置
传感器，作为机器人的感官（感觉器官），对于机器人的 重要性，与感官对于人和动物的重要性是一样的。有了传 感器，机器人就可能产生“刺激-反应”现象，进而形成 “感知-行动”机能。
01 关于机器人的感官
1.4 机器人感官（传感器）的分类
传感器是一种机电元件，它将被测物理量变换为电信号 （一般为模拟量），这种电信号经由模数电路（相当于机 器人的传入神经）转换为数字信号后，可由计算机或电子 计算器件（电脑）识别和处理。
光电三极管：由三层半导体材料组成，形 成两个 pn 结，光电流被作为三极管基极电 流而被放大，如图(c)所示。因此，光电三 极管对光照强度的变化较之光电二极管更 为敏感。
02 机器人的眼睛和视觉
2.1 感知光照强度的视觉传感器
光敏电阻：基于半导体的内光电效应。
硫化镉等半导体材料在光照下，其电导率会发生变化，光 照越强，电导率越高。 因此，由硫化镉等半导体材料制成 的光敏电阻的电阻值会随光照强度 的增大而下降，光照强度越大，其 电阻值越低。