Zdroj: Unsplash
Senzor je pohled robota na vnější svět. Roboti používají senzory k pochopení a měření geometrických a fyzických vlastností objektů v jejich okolí. Roboti, zejména autonomní, vyžadují schopnost vnímat své okolí.
Vnitřní a vnější senzory jsou dva typy senzorů, které se běžně používají. Interní senzory v robotice mimo jiné poskytují informace o robotovi, například kde se nachází, jak rychle jede a jak zrychluje. Externí senzory v robotice shromažďují data z vnějšího světa, včetně informací, jako je bod kontaktu mezi nimi hydraulické robotické rameno a produkt, na kterém se pracuje.
V robotice existují různé typy senzorů, ze kterých si můžete vybrat, a my si projdeme vlastnosti řady z nich a také proč a kde se používají.
Světelné senzory
Zdroj: Unsplash
A světelný senzor v robotice se používá k detekci světla a vytvoření rozdílu napětí. Počítačem řízená kamera v robotické vidění systém umožňuje robotovi prohlížet a podle toho přizpůsobovat své akce. Fotorezistory a fotovoltaické články jsou dva nejpoužívanější světelné senzory v robotech. Fotoelektrony, fototranzistory, CCD a další světelné senzory se používají jen zřídka.
Fotorezistor je druh odporu, jehož odpor se mění podle množství světla, které na něj svítí; více světla znamená menší odpor a méně světla znamená větší odpor. Lze je snadno integrovat do robotiky závislé na světle.
Solární fotovoltaické články přeměňují sluneční světlo na elektřinu. To je užitečné zejména při vývoji solárního robota. Zatímco fotovoltaický článek lze považovat za zdroj energie, lze jej pomocí tranzistorů a kondenzátorů také přeměnit na senzor.
2D a 3D vidění: Dvourozměrný obraz počítačového vidění je plochý, zmenšený pro výpočet délky a šířky, ale ne výšky. Přestože se umístění a pozice prvků liší, trojrozměrné vidění umožňuje robotovi určit orientaci součásti, se kterou je třeba zacházet efektivněji. Robotické rameno může být během montáže přesně naváděno systémem 3D vidění a robotické rameno může poskytovat různé úhly pohledu pro důležitou montážní kontrolu.
Zvukové senzory
Zdroj: Unsplash
Zvukové senzory v robotice fungují podobným způsobem jako mikrofony, ale obvykle jsou připojeny k obvodům, které vyhodnocují amplitudu zvuků na prahovou hodnotu a hlásí výsledek robotovi. S rostoucí amplitudou je hluk hlasitější.
To by mohlo být užitečné pro robota, který studuje divokou zvěř; detekce a sledování hlasitých zvuků může být jedním z datových bodů používaných k lokalizaci volně žijících živočichů. Složitější aplikací je zvukový senzor pro rozpoznávání hlasu, který reaguje na příkazy vyslovené uživatelem.
Základní robot může být naprogramován tak, aby cestoval posloucháním zvuků. Vezměme si robota, který udělá jedno tlesknutí doprava a dvě tlesknutí doleva. Rozpoznávání řeči a hlasu lze u složitých robotů provádět pomocí stejného mikrofonu. Implementace zvukových senzorů je obtížnější než senzorů světla, protože vytvářejí velmi malý rozdíl napětí, který je nutné zesílit, aby došlo k rozeznatelné změně napětí.
Senzory přiblížení
Zdroj: Unsplash
A senzor přiblížení v robotice dokáže detekovat blízký objekt bez nutnosti fyzického dotyku. Vysílač vysílá elektromagnetické záření do snímače vedle sebe a přijímač přijímá a analyzuje signál zpětné vazby přerušení. Výsledkem je, že množství světla přijatého v oblasti může být využito k určení, zda jsou či nejsou přítomny sousední objekty. Pro robota zajišťují senzory přístup k zabránění kolizi.
Existuje mnoho různých typů senzorů přiblížení, ale jen několik z nich se běžně používá v robotech.
Infračervený (IR) transceiver: Jakmile je detekována překážka, IR LED vyšle IR paprsek světla, který zrcadlí světlo přijaté IR přijímačem.
Ultrazvukový senzor: Tyto senzory produkují vysokofrekvenční zvukové vlny a zaznamenaná ozvěna indikuje, že byl objekt narušen. Ultrazvukové senzory by mohly být použity také k měření vzdáleností.
Fotorezistor: Přestože je fotorezistor světelným senzorem, lze jej použít také jako senzor přiblížení. Když se objekt přiblíží k senzoru, změní se množství světla, což způsobí změnu odporu fotorezistoru. To je něco, co lze odhalit a řešit.
Hmatové senzory
Zdroj: Unsplash
Hmatový senzor je zařízení, které určuje, zda je předmět v kontaktu či nikoli. Hmatový senzor umožňuje robotovi „dotýkat se a cítit“ běžné předměty, jako jsou zábradlí schodiště a osvětlení, které stisknutím základny ztlumí nebo rozjasní. Tyto senzory se používají k monitorování aplikací a šetrné interakci s prostředím. Dělí se do dvou kategorií: dotykové a silové senzory.
Dotykové senzory
Dotykové senzory v robotice, známé také jako kontaktní senzory, jsou zařízení, která dokážou detekovat a snímat dotek senzoru nebo předmětu. Často se používají mikrospínače, koncové spínače a další malá zařízení. Většina těchto senzorů je využívána roboty k vyhýbání se překážkám. Když tyto senzory detekují překážku, robot dostane úkol, který lze obrátit, otočit, zapnout, zastavit a tak dále.
Senzory síly
Silové senzory v robotice se používají k výpočtu sil, které se podílejí na různých funkcích robota, jako je nakládání a vykládání stroje, správa materiálu atd. Tento senzor také zlepší proces montáže pro odstraňování problémů. Snímač síly točivého momentu poskytuje robotické paže pocit z dokončení montážního úkolu; vnitřní stavové senzory se používají pro měření koncového efektoru.
Snímače teploty
Zdroj: Pinterest
Teplotní senzory v robotice měřit změny tepla/teploty v prostředí, kde se používají. Pracuje na konceptu změny rozdílu napětí pro změnu teploty; tato změna napětí poskytuje ekvivalentní teplotu okolní oblasti. Teplota vzduchu, povrchová teplota a teplota ponoření jsou všechny aplikace pro snímání teploty.
Navigační a polohovací senzory
Zdroj: Pinterest
Polohovací senzory v robotice se používají k odhadu polohy robota. GPS je nejběžnějším snímačem polohy (Global Positioning System). Satelity obíhající kolem naší planety vysílají signály, které zachycuje a zpracovává robotický přijímač. Vypočítejte přibližnou polohu a rychlost robota pomocí analyzovaných dat. Mezi tři nejběžnější navigační senzory patří;
GPS
Global Positioning System (GPS) je nejrozšířenějším snímačem polohy. Satelity obíhající naši planetu vysílají signály, které zachycuje a zpracovává přijímač robota. Zpracovaná data lze využít k výpočtu přibližné polohy a rychlosti robota.
Tyto GPS systémy jsou neuvěřitelně užitečné pro roboty v exteriéru, ale v interiéru jsou neúčinné. Momentálně jsou také trochu drahé, ale pokud jejich ceny klesnou, brzy uvidíte většinu robotů vybavených modulem GPS.
Digitální magnetický kompas
Podobně jako přenosný magnetický kompas využívá digitální magnetický kompas zemské magnetické pole k provádění směrových měření a navádí vašeho robota správným směrem, aby dosáhl svého cíle. Tyto senzory jsou levnější než moduly GPS, ale pokud potřebujete jak zpětnou vazbu o poloze, tak navigaci, je třeba použít kompas ve spojení s modulem GPS.
Lokalizace
Úkol autonomního určení polohy robota ve složitém prostředí je známý jako lokalizace. K určení polohy se používají vnější prvky zvané orientační body, které mohou být buď účelově umístěny, nebo přírodní orientační body. V první fázi jsou kolem robota umístěny umělé značky nebo majáky a senzor robota zaznamenává tyto signály, aby identifikoval jeho přesnou polohu.
Akcelerační senzory
Zdroj: Pinterest
Akcelerační senzory v robotice jsou zařízení, která měří zrychlení a náklon robota. Akcelerometr je ovlivněna dvěma typy sil:
Statická síla – síla, která existuje mezi libovolnými dvěma objekty. Můžeme určit, jak moc se robot nakloní, detekcí jeho gravitace. Tento parametr je užitečný pro vyvažování robotů nebo pro posouzení, zda robot jede do kopce nebo z kopce.
Dynamic Force – Rychlost, s jakou se musí objekt pohybovat. Rychlost/rychlost, kterou se robot pohybuje, se určuje měřením dynamické síly pomocí akcelerometru.
Další robotické senzory
Zdroj: Unsplash
Nyní jsou k dispozici stovky senzorů, které dokážou snímat prakticky cokoli, co si dokážete představit, a je téměř těžké je všechny vyjmenovat. Kromě těch, které jsou uvedeny výše, existuje řada dalších senzorů, které se používají pro specifické aplikace. Zvažte následující podmínky:
Senzory vlhkosti se používají k určení množství vlhkosti ve vzduchu. Obsah vlhkosti
Plynové senzory jsou určeny k detekci specifických plynů.
Potenciometry jsou extrémně univerzální a lze je využít v široké škále aplikací.
Senzory magnetického pole měří sílu magnetického pole, které je obklopuje
Závěr
K vytvoření jednoduchého robota vyhýbajícího se překážkám lze použít pár fotorezistorů nebo infračervený senzor. Čím složitější bude váš robot, tím více senzorů bude mít. Jedna operace může vyžadovat použití více senzorůnebo lze provést několik úloh s jedním senzorem.
Úkol lze někdy dokončit pomocí některého z několika dostupných senzorů. Na základě dostupnosti, cenové dostupnosti a pohodlí použití vyberte ideální senzor. Existuje však také možnost koupě a robotické rameno se senzorem k němu připojené výrobcem. To vám v ideálním případě ušetří náklady na nákup každého nezávisle na druhém.