用于目标检测和跟踪的传感器类型

制造机器人的最终目的是要进行优化并使其符合所有规格。为了满足要求,有时您可能要花费很多时间,只是对传感器进行分类和识别,而这些传感器最适合像检测和跟踪物体之类的应用。在本文中,我们探讨了可用于目标检测和跟踪的所有传感器类型,以及可以使用它们的功能和应用程序类型。

选择正确的传感器不是一个严格的过程。这是根据一系列问题消除所有错误的选择,旨在首先消除传感器基础的技术,然后消除不符合机器人要求的产品。

当使用“目标”一词时,我们同时指的是一个小球,一个椅子之类的物体,甚至是一个留在机器人前面的人。

要从各种产品和制造商中选择最佳的传感器是一项艰巨的工作,尤其是当您是初学者并尝试构建一个简单的机器人时。简而言之,必须根据目标尺寸,形状和范围选择传感器。所有这三个功能必须与机器人的规格在同一条线上。但是即使这样,也很难定义最佳的传感器,因为这种传感器的性能和精度取决于许多因素。

有源声纳的原理(图片来源Wikipedia.org)

有源声纳的原理(图片来源Wikipedia.org)

传感器是一种复杂的设备,可以测量速度或压力等物理量并将其转换为可以电测量的信号。传感器基于几种工作原理和测量类型。在我们的案例中,几乎所有类型的传感器都会发出信号并测量反射率以进行测量。

有许多传感器可用于简单的应用,例如线路跟踪(IR LED和光电二极管,LED和LDR等),但这是可以选择简单传感器的简单情况。一个复杂的情况是,当您必须跟踪对象并且预算仅限于购买像Raspberry Pi这样的小型计算机时。在这种情况下,可以使用超声波传感器从一侧到另一侧扫描,直到传感器检测到距离下降为止(在此阶段,它检测到对象的边缘,并且从现在开始仅在传感器上看到背景)。扫描过程继续进行到左右扫描对象所在的位置。
这是可以用便宜的传感器代替昂贵的产品的情况之一。

在以下内容中,您可以探索可用于检测和跟踪目标的传感器的功能。

选择正确传感器的标准

从市场上可以买到各种供应商的众多型号,对于从何处着手进行了解将非常有用。一个好的起点是要了解某些功能,其中一些功能如下:

  • 传感器类型 –可以使用接近传感器检测物体的存在,并且有多种传感器技术,其中包括超声波传感器,电容传感器,光电传感器,电感传感器或磁性传感器。跟踪对象可以使用接近传感器(例如:超声波传感器)工作,或者对于高级应用程序,通常使用图像传感器(例如:网络摄像头)和视觉软件(例如OpenCV);
  • 准确性 –精度对于检测和跟踪物体非常重要,并且选择具有期望测量余量之间的精度值的传感器非常有用;
  • 解析度 –高分辨率可以检测到目标位置的最小变化;
  • 范围 –涉及根据测量极限选择传感器,并将其与机器人的期望检测范围进行比较;
  • 控制介面 –要连接传感器,您必须知道传感器的类型。 3线DC类型的传感器种类繁多,但还有更多类型,包括2线DC或2线AC / DC。
  • 环境条件 –任何传感器都有其工作极限,通常是温度和湿度;
  • 校准 –校准传感器是确保效率和更准确测量的重要步骤;
  • 成本 –根据分配给项目的预算,您可以选择一个或多个可用于构建机器人的传感器;

基于属性的传感器分类

  • 接近传感器 –几种传感器技术用于构建接近传感器:超声传感器,电容传感器,光电传感器,电感传感器或磁性传感器;
  • 运动探测器 –这些传感器基于红外光,超声波或微波/雷达技术;
  • 影像感应器 –这些是基于CCD或CMOS技术的数码相机,相机模块和其他成像设备;

从上述信息开始,并结合每种传感器的以下功能,现在可以找到合适的传感器并开始构建任何机器人应用程序。

每种类型的传感器都有其特性,这种特性使这种小型设备可以更好地完成某项任务,或者可以替代其他任务。例如,超声波传感器对于固体物体工作良好,而对于柔软或模糊物体则变得懒惰。同样,某些传感器无法区分静态物体和人。在为机器人选择合适的一个或多个传感器之前,必须明确所有这些特征。

光传感器

光传感器可以包括在接近传感器类别中,它是一个简单的传感器,可以根据检测到的光量来改变光敏电阻或光伏电池的电压。光传感器用于跟踪线标路径的自主机器人的非常普遍的应用中。

色彩感应器

不同的颜色以不同的强度反射,例如橙色反射的红色光的量大于绿色,这就是颜色传感器。这种简单的传感器与光传感器在同一范围内,但是具有一些额外的功能,这些功能对于机器人必须检测某种颜色的物体的存在或检测物体或表面类型的应用很有用。 。

触控感应器

的touch sensor can be included in the proximity sensors category and are designed to sense objects at a small distance with or 没有直接联系。该传感器旨在检测车载电极与接触物体之间的电容变化。

超声波传感器

这些传感器旨在产生高频声波并接收目标反射的回波。这些传感器有广泛的用途,当对颜色,表面纹理或透明度的检测不重要时,这些传感器非常有用。

超声波传感器的优点

  • 输出值与传感器和目标之间的距离成线性关系;
  • 传感器的响应不取决于颜色,物体的透明度,光学反射特性或物体的表面纹理;
  • 这些传感器设计用于非接触式检测;
  • 具有数字(ON / OFF)输出的传感器具有出色的重复传感精度;
  • 准确检测甚至小物体;
  • 超声波传感器可以在诸如灰尘和尘土等关键条件下工作
  • 它们有长方体或圆柱体形式,更适合自由设计;

超声波传感器的缺点

  • 超声波传感器必须观察高密度的表面才能获得良好的效果。诸如泡沫和布料之类的柔软表面密度低,并且吸收了传感器发出的声波。
  • 对于某些较大的声音(例如空气软管)可能有错误的响应;
  • 超声波传感器的响应时间比其他类型的传感器短;
  • 超声波传感器具有最小的感应距离,在选择该传感器时应将其考虑在内;
  • 环境中的某些变化会影响传感器的响应(温度,湿度,压力等);

红外线感应器

红外传感器测量在环境中透射的红外光,以通过红外LED查找物体。这种类型的传感器在导航中非常流行,可用于避开物体,测量距离或跟随直线的应用。该传感器对红外光和阳光非常敏感,这是在光线不足的空间中高精度使用红外传感器的主要原因。

超声波传感器的优点

  • 红外传感器可以检测大范围的红外光;
  • 他们可以实时操作;
  • 红外传感器使用不可见光进行检测;
  • 它们是廉价的传感器;

超声波传感器的缺点

  • 该传感器对红外光和阳光非常敏感;
  • 它对诸如黑色之类的深色具有弱点;

声纳传感器

声纳传感器可主要用于导航以进行物体检测,甚至用于小型物体,并且通常用于预算较大的项目中,因为此类传感器非常昂贵。该传感器在地面和水中都有很高的性能,可用于潜水机器人项目。

激光感应器

激光对于跟踪和检测远距离的目标非常有用。传感器与目标之间的距离是通过计算光速以及从光发射到返回到接收器为止的时间来测量的。
激光传感器的测量非常精确,同时非常昂贵。

图像传感器

用于检测和跟踪物体或检测人脸的最流行的组合是网络摄像头和OpenCV视觉软件。这种组合在检测和跟踪应用程序中可能是最好的,但是必须具有高级编程技能和像Raspberry Pi这样的小型计算机。
使用图像传感器可以建立广泛的应用,下面列出了其中的一些:

  • 人脸检测和跟踪;
  • 跟踪和检测彩色物体;
  • 检测图像中的特定形状;
  • 从图像中检测三角形的角;
  • 检测物体在二维表面上的位置;
  • 它可以获取目标并确定其优先级;


参考文献:
传感器:不同类型的传感器,engineersgarage.com;
组件测量触摸,electronics.stackexchange.com;

68条留言 » Write a comment

  1. 我参与了非民用机器人设计。

    几年前,我的第一项努力是开发一种‘Operating System’ for a friend’战斗的轮式车辆。有一些规则,包括总重量。

    由于我们的最终成功,规则发生了变化。显然,从来没有考虑过使用瓶装气源实际燃烧另一辆车辆,即金属复合设备。

    我的操作系统也有‘radiation’检测:超声波,红外和无线电。由于我们的车辆使用了非常非标准的频率,因此我们能够‘blind’ our opponents by simply swamping the frequencies they employed with different devices. No 40 kiloHertz ultrasound for us, we were way off that frequency. Likewise with the laser optical system, we used the speed radar trap band. With radio, none of the industrial, scientific and medical (ISM) radio bands for us, again, off frequency makes a big difference. It is simple to even 盲 Furtaba spread spectrum systems.

    的‘flipping’使用铰链式不锈钢杆很容易降低机器人的能力,因为不锈钢杆可以简单地防止鳍状板关闭。

    对战车的这种兴趣现在已经转化为另一个领域,并且也是一个非常有利可图的领域。

    跳出框框思考是关键。

    • 你好
      您似乎知道自己在做什么,所以可以帮助我。一世’m试图用Lego Mindstorm制作一个红外线环球影城交互式魔杖礼物(这样可以很容易地固定它。)任何想法都是如何使传感器跟踪反射光以在特定位置绘制命令时激活命令的。形状?

  2. 我需要跟踪一条路径,并且我的传感器必须与同一条鞭状传感器可以使用的位置相同

  3. 你好
    I’在寻找能够检测它们是否在同一线性平面上的传感器。例如,如果两个传感器在水平面上,第三个传感器在板上2″比其他人更高。我希望收到有关差异的警报,并且传感器会产生不规则现象。是否存在这些类型的传感器?我在哪里可以找到它们?
    谢谢,

    • 嗨,本
      我恰好在寻找与您提到的传感器完全相同的传感器。有运气找到他们吗?如果您能找到解决方案,可以帮助我,将不胜感激。

      谢谢,

      里克

    • 嗨,Ben,如果您仍在寻找解决方案,则可以使用激光,以便当激光碰到物体时可以触发它。希望能帮助到你。

      祝你好运

      泽维尔

      • 您能建议我最好的传感器来检测汽车/摩托车的存在吗?
        我想将传感器放在地面上。一旦汽车经过它,它就会向我发出信号。
        你能帮我吗?
        谢谢

    • 还从欧姆龙寻找d6t红外热像仪。…但不确定将热图像转换为电信号所需的算法。

  4. 嗨,您能否建议我(如果存在)一个传感器或一组传感器,以实时扫描2..10 mt范围内的3D真实空间?一世’d喜欢检测从任何3D方向进入的小物体。如果不需要电动机,则更好(传感器应该是静止的)。
    谢谢。

    • 寻找用于机器人的CMM(坐标测量系统),我对它的了解不多,但认为可能会有所帮助。

  5. 嗨,我需要创建可以互相感应的腕带。所以我需要创建一个带有传感器和LED的电路’s。因此,当腕带相互接触或彼此非常接近时,led’每个腕带上的指示灯点亮。谁能告诉我该怎么做?

  6. 感谢您提供这些信息。您是否可以想到ardino uno和超声波传感器如何同时在Smat街道照明系统中使用?

    • 为什么要在智能路灯系统中使用超声波?在一般情况下,他们只需要打开计时器或关闭计时器,或者将光检测器与继电器配合使用。仅当您希望将功率节省到一个很高的水平时才需要超声传感器,即当检测到人或汽车时灯会发光,而当它消失时灯会关闭,但是这需要频繁使用继电器开关,这将在硬件和维护上花费更多。可变亮度可以与超声波传感器配合使用,但同样需要继电器和逻辑电路。

  7. 你好我们正在开展一个收集海中漂浮垃圾的项目。我将使用什么传感器来检测漂浮的物体并引导垃圾箱电机靠近垃圾?谢谢。

  8. 超声波传感器可以用来检测30公里范围内的任何人吗?
    如果是,那怎么办?我想做一个项目来通过该传感器检测到任何人。请帮忙。

  9. 您好..我正在做一个项目,将地震传感器放置在地面上,并根据频率探测人,汽车的存在。…可能吗 ?有人对此有经验吗?

  10. 如果要从我们前面保留的100个类似物品中搜索一件,我们应该使用哪种类型的传感器。示例我有100个袋子,其中装有100个不同客户的物品。当客户到达收拾行李时,他的行李会发出哔哔声等,与手动寻找行李相比,这将节省时间。

  11. 嗨Calin Dragos-Georges
    很棒的文章。
    如果我想区分致密/坚硬的表面和柔软的表面(例如人的指甲还是皮肤),我可以使用哪种传感器

    特纳克斯

  12. 大家好,
    这是一篇简短,描述性且实用的文章。一世’我是传感器的新手’致力于废物分类自动化。一世’d想知道这些传感器是否可以检测目标物的百分比或数量。这些可以集成到PLC吗?

  13. 我想开发一种能够检测到那辆救护车并发出警告的设备,以便可以在救护车到达该地点之前清除交通,这可以防止救护车在数小时内卡在交通中。来检测救护车经过的路径。这可以显示在某些屏幕上吗?

    • 为此,应该在救护车中安装一个gps设备。这样就可以连接微控制器并得到通知

  14. 嘿,我很想建立一个机器人守门员,可以跟踪球并阻止他们。有人可以建议我必须使用的传感器的材料和类型吗?

  15. 大家好,
    我正在寻找一个可以检测到最小距离为4mm的传感器,距离机器人和工件之间的距离为4mm。同时传感器应检测到400 * 300mm的地面。谁能紧急帮助我
    先感谢您

    问候,
    维杰

  16. 大家好,
    我正在寻找一个传感器,该传感器应该检测是否没有门锁,并且当它检测到门已锁上时,应该向我的计算机发送信号,有人可以建议我使用哪种类型的传感器?

  17. 大家好,

    我正在寻找一种可以检测两个物体之间空间的传感器。例如,有两把椅子,它们之间有一些空间。传感器应检测到该空间并计算该空间是否足以在其内放置另一个空间。它需要很远的距离并在室外使用。

  18. 嗨,

    我真的找不到适合我项目的传感器。你们可以建议我哪个是不错的选择。

    该项目的目的是从开放的环境(基本上在3D环境中)中选择白色物体,那里有很多物体可用,并且物体将随风速移动。对象的最大距离是0.2到2米。

    我的传感器必须在开放环境中工作,并且必须识别白色物体,其中环境中将有大量物体可用。第一个优先选择是按对象拾取附近物体,并继续操作环境中可用的最后一个对象。

  19. 嗨,我想检测传感器的另一个物体前部,并确定其位置,相对于我的位置的方向。

  20. I’m interested in a sensor, probably ultra sensor to detect objects and automobiles etc approaching too close. Also are these sensors protective from giving off 辐射?

  21. 我正在寻找一种可以识别人群中目标的传感器。
    还想知道可以识别该人的目标是什么。
    抱歉,我是新来的。
    谢谢,
    乔迪

  22. 嗨,我正在研究智能停车场系统。我期待使用RFID标签和视频监控。这是一个好选择吗?我还能使用什么技术?

  23. 我正在寻找一种可以识别大象的传感器。请建议我一个合适的传感器?
    Thank 您.

  24. 嘿,我想知道是否有任何传感器可以检测位置并通过耳机发送与此相关的消息?

  25. 大家好,
    如果我要检测非常小的物体(尺寸最大为3mm或更小),请问我可以使用哪种类型的传感器?可能会影响物体可见性的其他因素是草,动物’s hair…考虑到环境中的这些障碍物,您是否有推荐的建议,它们是否足够准确?

    非常感谢你

  26. 你好一世’m需要能够检测和剔除生产线上有缺陷零件的传感器…有什么建议吗?将感激不尽。

    世古

  27. 我正在研究可以追踪昆虫的机器人。对传感器有什么建议吗?

  28. 是否正在使用机器人来检测并持续跟踪检测到的目标,需要使用哪个传感器?

  29. 我正在研究一种设备,用于检测太空中扶手的尖锐边缘!有什么建议吗?

  30. 我正在寻找一种传感器(与视觉无关),该传感器可以连接到小物体上,以便以后在地板上的任何地方进行跟踪。由于成本是一个障碍,您能建议一个可以帮助我解决这个问题的传感器吗?

  31. 嗨,琳达我’在寻找可以在两个物体上使用的传感器时,当两个物体相互交互时,每个物体都将拥有自己的传感器,它们必须彼此感应并保持与传感器交互的传感器信息。可以识别彼此的唯一序列号或名称,请使用任何可以提供相同解决方案的类似传感器向我提出建议,谢谢

  32. 你好我有个问题。您认为哪种传感器最适合检测放在盒子里的物体?为什么那是最合适的?

    预先感谢,

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