机器人靠什么感知世界？10 张动图看懂常用传感器

如果把机器人比作一个人，执行器是肌肉，控制器是大脑，传感器就是眼、耳、皮肤和本体感觉。没有传感器，它只是按预设程序盲动的机械臂；有了传感器，才能避障、抓取、平衡行走。

业内通常分成两类：内部传感器管自己，外部传感器管世界。下面按本体 → 环境 → 力觉触觉的顺序过一遍，原理交给图，文字只留要点。

1. 先分两类

本体感知：关节转了多少、身体在加速还是转弯、电机使了多大劲。

环境感知：多远、是什么、在地球哪一点。力觉和触觉比较特殊——一接触，两边都沾上。

2. 编码器：关节知觉

机械臂定位、轮式里程计，都靠它量角度和转速。

光电编码器在码盘上刻透光缝隙，一侧发光、一侧收光。码盘一转，光束被切成脉冲，数脉冲就知道转了多少度。只是增量式给的是相对转角，得先找到零位脉冲当基准，掉电就失位。

只能数增量的叫增量式；每个角度有唯一编码的叫绝对式。

分辨率可以到角秒甚至亚角秒级，但只知转动、不知受力。协作机器人和人形关节里，抗粉尘油污的磁编码器越来越常见，代价是分辨率通常低于光电式。

3. IMU：内耳

测加速度和角速度。无人机悬停、人形机器人不摔倒，都离不开它。

加速度计里是一块被电容极板托着的硅微质量块，加速时因惯性位移，电容一变就能反推加速度。

陀螺仪靠持续振动的微结构，旋转时科里奥利效应产生侧向位移，正比于角速度。

采样快、体积小；陀螺积分会漂，加速度计还会混入运动加速度，所以几乎从不单独用，而是和编码器、视觉、GNSS 一起做融合。

4. 电流传感器：肌肉疲劳感

驱动器里必备。测电机电流，间接估扭矩，用来做关节力控、碰撞检测、过载保护。

主流是霍尔效应：导线周围的磁场穿过霍尔元件，侧面电压正比于电流。电气隔离，带宽也高。

便宜、实时，但测的是电机的劲，扣掉摩擦才接近末端真力。人形上常见组合是关节电流/扭矩 + 末端六维力。

5. 超声与红外：近距离哨兵

扫地机、AGV 上的常客。

超声波发出约 40kHz 脉冲，距离 = 声速 × 回波时间 ÷ 2，玻璃也能探，但吸音面和斜面会漏。

红外一种靠三角测量，一种靠反射强弱，怕阳光和深色物体。都是几块钱的辅助方案。

6. 激光雷达：3D 扫描仪

建图、导航、避障。发射激光，测飞行时间，距离 = 光速 × Δt ÷ 2。机械式整机旋转扫描；半固态只让扫描部件动，比如 MEMS 振镜、转镜；全固态干脆没有运动部件，走 Flash 或 OPA。逐点拼成点云。

测距远、厘米级精度；雨雾粉尘会衰减，成本比超声高一个量级。半固态、固态方案把价格打下来之后，机器人才用得起。

7. 视觉：眼睛

目标识别、定位、SLAM，是具身智能的核心输入。

单目 RGB 相机信息量大，但本身没有深度，得靠运动恢复结构或学习式深度估计去猜，尺度还不确定。双目靠视差，白墙容易配不上。结构光投射已知图案，从变形反解深度。ToF 深度相机整面打红外，一次出深度图。

信息最丰富，也最怕光照、透明和反光。实际系统往往视觉为主、雷达或超声兜底。

8. 力/力矩：手感

精密装配、打磨、拖动示教、人机协作安全，靠它。

电阻应变式最常见：弹性体形变带动应变片电阻变化，电桥输出电压。多组应变片接成多路惠斯通电桥，再经标定和解耦矩阵换算，就是同时测三维力和三维力矩的六维力传感器，通常装在末端法兰、手腕或脚踝。

难点是维间串扰、温漂和标定，高端产品不便宜。

9. 触觉：指尖神经

感知接触位置、压力分布、滑移、材质。灵巧手捏鸡蛋不碎、握杯子不掉，前提就在这里。

压阻、电容、压电、光学四条路线。按厂商公开资料，Tesla Optimus、Figure 等人形手都在指尖集成了触觉传感。前沿是柔性大面积阵列，也就是电子皮肤，目标是让全身都有触觉。

10. GNSS：全局锚点

户外物流车、植保机、巡检无人机用它拿经纬度。GPS、北斗、GLONASS、Galileo 统称 GNSS。

卫星广播发射时刻，接收机算伪距。每个伪距方程本质上是一个球面，但方程里混进了一个共同未知量——接收机钟差。钟差已知时，三颗星就能交出两个候选点（一个在太空，舍去）；钟差未知时，得靠第 4 颗星联立，才能同时解出三维坐标和钟差，这也是至少要看到 4 颗星的原因。单点定位米级，RTK 能拉到厘米级。

全球覆盖、无累积漂移，这是它和 IMU/里程计最大的互补点。看不见天就失效：城市峡谷、隧道、室内统统不行。户外普遍 GNSS + IMU + 轮式里程计，室内交给激光或视觉 SLAM。

11. 其他常客

气压计给无人机定高；温度传感器盯电池热管理和过温保护，气体传感器做有害气体报警，湿度管环境与结露；麦克风阵列是服务机器人的耳朵；红外热像仪黑暗里也能发现人和发热故障。

12. 没有万能传感器

相机怕黑，IMU 会漂，超声怕吸音，雷达怕雨雾，力传感器只能测接触点。

现代机器人无一例外靠多传感器融合：卡尔曼滤波把高频但漂移的 IMU、低频但稳定的视觉、精确的编码器揉成一份一致的世界观。

无人机用 IMU+GNSS 悬停，仓储机器人用激光雷达+轮式里程计导航，协作臂用力觉+视觉做精密插装。