المصدر: Unsplash
المستشعر هو رؤية الروبوت للعالم الخارجي. تستخدم الروبوتات أجهزة استشعار لفهم وقياس السمات الهندسية والمادية للأشياء في محيطها. تتطلب الروبوتات، وخاصة الروبوتات المستقلة، القدرة على استشعار البيئة المحيطة بها.
أجهزة الاستشعار الداخلية والخارجية هما نوعان من أجهزة الاستشعار المستخدمة بشكل شائع. توفر أجهزة الاستشعار الداخلية في الروبوتات معلومات عن الروبوت، مثل مكانه، ومدى سرعته، وكيفية تسارعه، من بين أمور أخرى. تقوم أجهزة الاستشعار الخارجية في الروبوتات بجمع البيانات من العالم الخارجي بما في ذلك معلومات مثل نقطة الاتصال بينهما ذراع آلية هيدروليكية والمنتج الذي يعمل عليه.
هناك أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار في مجال الروبوتات للاختيار من بينها، وسنتناول خصائص عدد منها، بالإضافة إلى سبب استخدامها وأين يتم استخدامها.
مستشعرات الضوء
المصدر: Unsplash
A مستشعر الضوء في الروبوتات يستخدم للكشف عن الضوء وإنشاء فرق الجهد. كاميرا يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر في رؤية الروبوت يسمح النظام للروبوت برؤية تصرفاته وتكييفها وفقًا لذلك. تعد المقاومات الضوئية والخلايا الكهروضوئية أكثر مستشعرات الضوء استخدامًا في الروبوتات. نادرًا ما يتم استخدام الأنابيب الضوئية والترانزستورات الضوئية وأجهزة CCD وأجهزة استشعار الضوء الأخرى.
المقاوم الضوئي هو نوع من المقاومات التي تتغير مقاومتها مع سقوط كمية الضوء عليها؛ فكلما زاد الضوء قلّت المقاومة، وكلما قل الضوء زادت المقاومة. ومن السهل دمجها في الروبوتات المعتمدة على الضوء.
تحول الخلايا الكهروضوئية الشمسية ضوء الشمس إلى كهرباء. وهذا مفيد بشكل خاص لتطوير روبوت يعمل بالطاقة الشمسية. وبينما يمكن اعتبار الخلية الكهروضوئية مصدرًا للطاقة، يمكن أيضًا تحويلها إلى مستشعر باستخدام الترانزستورات والمكثفات.
الرؤية ثنائية وثلاثية الأبعاد: تكون صورة الرؤية الحاسوبية ثنائية الأبعاد مسطحة، ويتم قياسها لحساب الطول والعرض ولكن ليس الارتفاع. على الرغم من اختلاف موقع العناصر وموضعها، فإن الرؤية ثلاثية الأبعاد تسمح للروبوت بتحديد اتجاه الجزء الذي يجب التعامل معه بشكل أكثر فعالية. قد يتم توجيه الذراع الآلية بدقة بواسطة نظام رؤية ثلاثي الأبعاد أثناء التجميع، ويمكن أن توفر الذراع الآلية زوايا رؤية مختلفة لفحص التجميع المهم.
مجسات الصوت
المصدر: Unsplash
أجهزة استشعار الصوت في الروبوتات تعمل بطريقة مشابهة للميكروفونات، ولكنها عادةً ما تكون متصلة بدوائر تقوم بتقييم سعة الأصوات إلى قيمة عتبة وتبلغ النتيجة إلى الروبوت. يصبح الضجيج أعلى مع زيادة السعة.
قد يكون هذا مفيدًا للروبوت الذي يدرس الحياة البرية؛ يمكن أن يكون اكتشاف وتتبع الضوضاء العالية أحد نقاط البيانات المستخدمة لتحديد مواقع الحياة البرية. يعد مستشعر الصوت للتعرف على الصوت، والذي يستجيب للأوامر التي يتحدث بها المستخدم، تطبيقًا أكثر تعقيدًا.
يمكن برمجة الروبوت الأساسي للسفر من خلال الاستماع إلى الأصوات. خذ بعين الاعتبار روبوتًا يصفق مرة واحدة إلى اليمين وصفقتين إلى اليسار. يمكن إجراء التعرف على الكلام والصوت باستخدام نفس الميكروفون في الروبوتات المعقدة. تعد أجهزة استشعار الصوت أكثر صعوبة في التنفيذ من أجهزة استشعار الضوء لأنها تنتج فرق جهد صغير جدًا يجب تضخيمه لإنتاج تغيير ملحوظ في الجهد.
أجهزة استشعار القرب
المصدر: Unsplash
A مستشعر القرب في الروبوتات يمكنه اكتشاف كائن قريب دون الحاجة إلى اللمس الجسدي. يرسل جهاز الإرسال إشعاعًا كهرومغناطيسيًا إلى المستشعر المجاور له، ويقوم جهاز الاستقبال باستقبال وتحليل إشارة انقطاع التغذية الراجعة. ونتيجة لذلك، يمكن استخدام كمية الضوء الواردة في المنطقة لتحديد ما إذا كانت الكائنات المجاورة موجودة أم لا. بالنسبة للروبوت، توفر أجهزة الاستشعار طريقة لتجنب الاصطدام.
هناك العديد من الأنواع المختلفة لمستشعرات القرب، لكن القليل منها فقط يُستخدم بشكل شائع في الروبوتات.
جهاز إرسال واستقبال الأشعة تحت الحمراء (IR): بمجرد اكتشاف عائق، يرسل مصباح LED للأشعة تحت الحمراء شعاع ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يعكس الضوء الذي يستقبله جهاز استقبال الأشعة تحت الحمراء.
مستشعرات الموجات فوق الصوتية: تنتج هذه المستشعرات موجات صوتية عالية التردد، ويشير الصدى المسجل إلى أن الجسم قد تعرض للتشويش. ويمكن استخدام مستشعرات الموجات فوق الصوتية لقياس المسافات أيضًا.
المقاومة الضوئية: على الرغم من أن المقاومة الضوئية عبارة عن مستشعر للضوء، إلا أنه يمكن استخدامها أيضًا كمستشعر للقرب. عندما يقترب جسم من المستشعر، تتغير كمية الضوء، مما يتسبب في تغير مقاومة المقاومة الضوئية. وهذا أمر يمكن اكتشافه والتعامل معه.
مجسات اللمس
المصدر: Unsplash
المستشعر اللمسي هو جهاز يحدد ما إذا كان الجسم على اتصال أم لا. يمكّن المستشعر اللمسي الروبوت من "اللمس والشعور" بالأشياء الشائعة مثل قضبان السلالم والإضاءة التي يتم تعتيمها أو سطوعها بالضغط على القاعدة. تُستخدم هذه المستشعرات لمراقبة التطبيقات والتفاعل مع البيئة بطريقة لطيفة. وهي مقسمة إلى فئتين: أجهزة استشعار اللمس والقوة.
حساسات اللمس
أجهزة استشعار اللمس في الروبوتات، والمعروفة أيضًا باسم أجهزة استشعار الاتصال، هي أجهزة يمكنها اكتشاف واستشعار لمسة جهاز استشعار أو كائن. غالبًا ما يتم استخدام المفاتيح الصغيرة ومفاتيح الحد والأجهزة الصغيرة الأخرى. يتم استخدام غالبية هذه المستشعرات بواسطة الروبوتات لتجنب العوائق. عندما تكتشف هذه المستشعرات وجود عائق، يتم تكليف الروبوت بمهمة يمكن عكسها، أو تشغيلها، أو تشغيلها، أو إيقافها، وما إلى ذلك.
قوة مجسات
تُستخدم مستشعرات القوة في الروبوتات لحساب القوى المشاركة في وظائف الروبوت المختلفة، مثل تحميل الماكينة وتفريغها، وإدارة المواد، وما إلى ذلك. سيعمل هذا المستشعر أيضًا على تحسين عملية التجميع لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها. مستشعر عزم الدوران يعطي قوة الأسلحة الآلية الشعور بإكمال مهمة التجميع؛ يتم استخدام أجهزة استشعار الحالة الداخلية ل قياس المؤثر النهائي.
مجسات الحرارة
المصدر: بينتيريست
أجهزة استشعار درجة الحرارة في الروبوتات قياس تغيرات الحرارة/درجة الحرارة في البيئة التي يعملون فيها. يعمل على مفهوم تغير فرق الجهد لتغير درجة الحرارة؛ يوفر تغيير الجهد هذا درجة حرارة مكافئة للمنطقة المحيطة. تعتبر درجة حرارة الهواء ودرجة حرارة السطح ودرجة حرارة الغمر كلها تطبيقات لاستشعار درجة الحرارة.
أجهزة استشعار الملاحة وتحديد المواقع
المصدر: بينتيريست
تُستخدم مستشعرات تحديد المواقع في الروبوتات لتقدير موضع الروبوت. نظام تحديد المواقع (GPS) هو مستشعر تحديد المواقع الأكثر شيوعًا (نظام تحديد المواقع العالمي). ترسل الأقمار الصناعية التي تدور حول كوكبنا إشارات، يتم التقاطها ومعالجتها بواسطة جهاز استقبال آلي. احسب الموقع التقريبي للروبوت وسرعته باستخدام البيانات التي تم تحليلها. تتضمن أجهزة استشعار الملاحة الثلاثة الأكثر شيوعًا؛
نظام تحديد المواقع جي بي اس
يعد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أكثر أجهزة استشعار تحديد المواقع استخدامًا. ترسل الأقمار الصناعية التي تدور حول كوكبنا إشارات، يتم التقاطها ومعالجتها بواسطة جهاز استقبال الروبوت. يمكن استخدام البيانات المعالجة لحساب الموقع التقريبي للروبوت وسرعته.
تشبه أنظمة GPS مفيدة بشكل لا يصدق للروبوتات في الهواء الطلق، لكنها غير فعالة في الداخل. إنها أيضًا باهظة الثمن بعض الشيء في الوقت الحالي، ولكن إذا انخفضت أسعارها، فستجد قريبًا معظم الروبوتات مجهزة بوحدة GPS.
بوصلة مغناطيسية رقمية
على غرار البوصلة المغناطيسية المحمولة، تستخدم البوصلة المغناطيسية الرقمية المجال المغناطيسي للأرض لإنتاج قياسات الاتجاه، وتوجيه الروبوت الخاص بك في الاتجاه المناسب للوصول إلى هدفه. تعد هذه المستشعرات أقل تكلفة من وحدات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ولكن إذا كنت بحاجة إلى كل من ردود الفعل الموضعية والملاحة، فيجب استخدام البوصلة جنبًا إلى جنب مع وحدة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
التعريب
تُعرف مهمة تحديد موقع الروبوت بشكل مستقل في بيئة معقدة بالتوطين. تُستخدم العناصر الخارجية التي تسمى المعالم، والتي يمكن وضعها بشكل مقصود أو معالم طبيعية، لتحديد الموقع. يتم وضع علامات أو إشارات صناعية حول الروبوت في المرحلة الأولى، ويقوم مستشعر الروبوت بتسجيل هذه الإشارات لتحديد موقعه بالضبط.
مستشعرات التسارع
المصدر: بينتيريست
أجهزة استشعار التسارع في الروبوتات هي أجهزة تقيس تسارع الروبوت وإمالته. مقياس التسارع يتأثر بنوعين من القوى:
القوة الساكنة – القوة الموجودة بين أي جسمين. يمكننا تحديد مقدار ميل الروبوت من خلال اكتشاف جاذبيته. تعد هذه المعلمة مفيدة لموازنة الروبوتات أو تقييم ما إذا كان الروبوت يتجه صعودًا أو هبوطًا.
القوة الديناميكية – السرعة التي يجب أن يتحرك بها الجسم. يتم تحديد السرعة/السرعة التي يتحرك بها الروبوت عن طريق قياس القوة الديناميكية باستخدام مقياس التسارع.
أجهزة الاستشعار الروبوتية الأخرى
المصدر: Unsplash
هناك المئات من أجهزة الاستشعار المتاحة الآن والتي يمكنها استشعار أي شيء يمكنك تخيله، ومن الصعب تقريبًا إدراجها جميعًا. وبصرف النظر عن تلك المذكورة أعلاه، هناك مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار الأخرى التي يتم استخدامها لتطبيقات محددة. خذ بعين الاعتبار الشروط التالية:
تستخدم أجهزة استشعار الرطوبة لتحديد كمية الرطوبة في الهواء. محتوى الرطوبة
يتم تصنيع أجهزة استشعار الغاز للكشف عن غازات معينة.
تعتبر مقاييس الجهد متعددة الاستخدامات ويمكن استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات.
تقوم أجهزة استشعار المجال المغناطيسي بقياس قوة المجال المغناطيسي المحيط بها
خاتمة
يمكن استخدام اثنين من المقاومات الضوئية أو مستشعر الأشعة تحت الحمراء لصنع روبوت بسيط لتجنب العوائق. كلما أصبح الروبوت الخاص بك أكثر تعقيدًا، كلما زاد عدد أجهزة الاستشعار لديه. قد تتطلب عملية واحدة استخدام أجهزة استشعار متعددةأو يمكن إنجاز عدة مهام باستخدام مستشعر واحد.
يمكن في بعض الأحيان إكمال المهمة باستخدام أي من أجهزة الاستشعار المتعددة المتوفرة. بناءً على مدى التوفر والقدرة على تحمل التكاليف وسهولة الاستخدام، اختر المستشعر المثالي. ومع ذلك، هناك أيضًا خيار شراء أ ذراع آلية مع جهاز استشعار تعلق عليه من قبل الشركة المصنعة. وهذا يوفر عليك بشكل مثالي تكلفة شراء كل منها بشكل مستقل عن الآخر.