接近觉传感器用于测量机器人与物体之间的相对距离。接近觉能使机器人在接近物体时，感知距离物体远近程度的信息，具有视觉和触觉的中间功能，能感测对象物和障碍物的位置、姿势、运动等信息。这种传感器主要有以下3个作用：在接触对象物前得到必要的信息，以便准备后续动作；发现前方障碍物时限制行程，避免碰撞；获取对象物表面各点间距离的信息，从而测出对象物表面形状。接近觉传感器主要有红外传感器、超声波传感器及碰撞和接触传感器等类型。
1.红外传感器
红外传感器可用于测距和障碍物监测。机器人通过其内部安装的红外线发生装置发射红外线信号，当前方有障碍物时则会大量反射红外线信号，如果接收装置检测到红外信号，则说明前方有障碍物，反之则没有。红外报警器结构如图4-6所示。
图4-6 红外报警器结构图
红外测距传感是用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成5类：①辐射计，用于辐射和光谱测量；②搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；③热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；④红外测距和通信系统；⑤混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外传感技术已经在现代科技、国防和工业、农业等领域获得了广泛的应用。
红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，利用的红外测距传感器LDM301发射出一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，然后利用CCD图像处理发射与接收的时间差数据，经信号处理器处理后计算出物体的距离。这不仅可以应用于自然表面，也可用于加了反射板的物体。其特点是测量距离远，有很高的频率响应，适合于恶劣的工业环境中。
红外测距传感器的特点：
（1）可进行远距离测量，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离。
（2）有同步输入端，可多个传感器同步测量。
（3）测量范围广，响应时间短。
（4）外形设计紧凑，易于安装，便于操作。
2.超声波传感器
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生，它具有频率高、波长短、绕射现象小的特点，尤其是方向性好，能够成为射线而定向传播。人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20 Hz～20 kHz范围内，超过20 kHz的称为超声波，低于20 Hz的称为次声波。常用的超声波频率为几十千赫兹到几十兆赫兹。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体会产生多普勒效应。
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波传感器在短距离测量时，超声波散射角大方向性较差、精度不高，但它测距范围广，特别是在较长距离的测量中更能发挥作用。因此，一般把它用于移动机器人的路径探测和躲避障碍物。超声波传感器由发送传感器（或称波发送器）、接收传感器（或称波接收器）、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15 mm左右的陶瓷振子的换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超声波能量并向空中幅射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对超声波进行检测。而实际使用中，用发送传感器的陶瓷振子的也可以用作接收器传感器的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。图4-7为某超声波传感器的工作原理。
图4-7 超声波传感器工作原理
超声波传感器测距的原理一般采用渡越时间法（ToF）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍声源与障碍物之间的距离，即：
其中L为障碍物距离传感器的距离，v为超声波波速，t为超声波从发射到反射回接收器的时间间隔。空气中声波的传输速度为
其中T为绝对温度，v0＝331.4 m/s。在精度要求不是很高的一般情况下超声波在空气中的传播速度可以近似为常数。
3.接触和碰撞传感器
接触和碰撞传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器。触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，研制满足要求的触觉传感器是机器人发展中的技术关键之一。随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现，已经提出了多种多样的触觉传感器研制方案，但目前大都属于实验室阶段，达到产品化的不多。触觉传感器按功能大致可分为接触觉传感器、力-力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。(www.xing528.com)
1）接触觉传感器
接触觉传感器是用以判断机器人（主要指四肢）是否接触到外界物体或测量被接触物体的特征的传感器。接触觉传感器有微动开关、导电橡胶、含碳海绵、碳素纤维、气动复位式装置等类型。
（1）微动开关：由弹簧和触头构成。触头接触外界物体后离开基板，造成信号通路断开，从而测到与外界物体的接触。这种常闭式（未接触时一直接通）微动开关的优点是使用方便、结构简单，缺点是易产生机械振荡和触头易氧化。
（2）导电橡胶式：以导电橡胶为敏感元件。当触头接触外界物体受压后，压迫导电橡胶，使它的电阻发生改变，从而使流经导电橡胶的电流发生变化。这种传感器的缺点是由于导电橡胶的材料配方存在差异，出现的漂移和滞后特性也不一致，优点是具有柔性。
（3）含碳海绵式：在基板上装有海绵构成的弹性体，在海绵中按阵列布以含碳海绵（见图4-8）。接触物体受压后，含碳海绵的电阻减小，测量流经含碳海绵电流的大小，可确定受压程度。这种传感器也可用作压力觉传感器。优点是结构简单、弹性好、使用方便。缺点是碳素分布均匀性直接影响测量结果和受压后恢复能力较差。
图4-8 含碳海绵式接触觉传感器
（4）碳素纤维式：以碳素纤维为上表层，下表层为基板，中间装以氨基甲酸酯和金属电极。接触外界物体时碳素纤维受压与电极接触导电。优点是柔性好，可装于机械手臂曲面处，但滞后较大。
（5）气动复位式：它有柔性绝缘表面，受压时变形，脱离接触时则由压缩空气作为复位的动力。与外界物体接触时其内部的弹性圆泡（铍铜箔）与下部触点接触而导电。优点是柔性好、可靠性高，但需要压缩空气源。
2）力-力矩觉传感器
力-力矩觉传感器是用于测量机器人自身或与外界相互作用而产生的力或力矩的传感器。它通常装在机器人各关节处。刚体在空间的运动可以用6个坐标来描述，例如：用表示刚体质心位置的三个直角坐标和分别绕三个直角坐标轴旋转的角度坐标来描述。可以用多种结构的弹性敏感元件来测量机器人关节所受的6个自由度的力或力矩，再由粘贴其上的应变片（半导体应变计、电阻应变计）将力或力矩的各个分量转换为相应的电信号。常用弹性敏感元件的形式有十字交叉式、三根竖立弹性梁式和八根弹性梁的横竖混合结构等。图4-9中为竖梁式6自由度力传感器的原理。在每根梁的内侧粘贴张力测量应变片，外侧粘贴剪切力测量应变片，从而构成6个自由度的力和力矩分量输出。
图4-9 竖梁式六自由度力觉传感器
3）压觉传感器
压觉传感器是测量接触外界物体时所受压力和压力分布的传感器。它有助于机器人对接触对象的几何形状和硬度的识别。压觉传感器的敏感元件可由各类压敏材料制成，常用的有压敏导电橡胶、由碳纤维烧结而成的丝状碳素纤维片和绳状导电橡胶的排列面等。图4-10是以压敏导电橡胶为基本材料的压觉传感器。在导电橡胶上面附有柔性保护层，下部装有玻璃纤维保护环和金属电极。在外压力作用下，导电橡胶电阻发生变化，使基底电极电流发生相应变化，从而检测出与压力成一定关系的电信号及压力分布情况。通过改变导电橡胶的渗入成分可控制电阻的大小，如渗入石墨可加大电阻，渗入碳、镍可减小电阻。通过合理选材和加工可制成高密度分布式压觉传感器。这种传感器可以测量细微的压力分布及其变化，故有人称之为“人工皮肤”。
图4-10 高密度分布式压觉传感器
4）滑觉传感器
滑觉传感器用于判断和测量机器人抓握或搬运物体时，物体所产生的滑移。它实际上是一种位移传感器。按有无滑动方向检测功能可分为无方向性、单方向性和全方向性三类。
（1）无方向性传感器有探针耳机式，它由蓝宝石探针、金属缓冲器、压电罗谢尔盐晶体和橡胶缓冲器组成。滑动时探针产生振动，由罗谢尔盐转换为相应的电信号。缓冲器的作用是减小噪声。
（2）单方向性传感器有滚筒光电式，被抓物体的滑移使滚筒转动，导致光敏二极管接收到透过码盘（装在滚筒的圆面上）的光信号，通过滚筒的转角信号而测出物体的滑动。
（3）全方向性传感器采用表面包有绝缘材料并构成经纬分布的导电与不导电区的金属球构成（见图4-11）。当传感器接触物体并产生滑动时，球发生转动，使球面上的导电与不导电区交替接触电极，从而产生通断信号，通过对通断信号的计数和判断可测出滑移的大小和方向。这种传感器的制作工艺要求较高。
图4.11 球式滑觉传感器
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