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Ein Sensor ist die Sicht eines Roboters auf die Außenwelt. Roboter nutzen Sensoren, um die geometrischen und physikalischen Eigenschaften von Objekten in ihrer Umgebung zu erfassen und zu messen. Roboter, insbesondere autonome Roboter, benötigen die Fähigkeit, ihre Umgebung wahrzunehmen.
Innen- und Außensensoren sind die beiden am häufigsten verwendeten Sensortypen. Interne Sensoren in der Robotik liefern unter anderem Informationen über den Roboter, wo er sich befindet, wie schnell er fährt und wie er beschleunigt. Externe Sensoren in der Robotik sammeln Daten aus der Außenwelt, einschließlich Informationen wie den Kontaktpunkt zwischen ihnen ein hydraulischer Roboterarm und das Produkt, an dem es arbeitet.
In der Robotik stehen verschiedene Arten von Sensoren zur Auswahl. Wir gehen auf die Eigenschaften einiger von ihnen ein und erläutern, warum und wo sie eingesetzt werden.
Lichtsensoren
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A Lichtsensor in der Robotik wird verwendet, um Licht zu erkennen und eine Spannungsdifferenz zu erzeugen. Eine computergesteuerte Kamera im Roboter Vision Das System ermöglicht es dem Roboter, seine Aktionen anzuzeigen und entsprechend anzupassen. Fotowiderstände und Photovoltaikzellen sind die beiden am häufigsten verwendeten Lichtsensoren in Robotern. Fotoröhren, Fototransistoren, CCDs und andere Lichtsensoren werden selten eingesetzt.
Ein Fotowiderstand ist eine Art Widerstand, dessen Widerstand sich mit der Lichtmenge ändert, die auf ihn fällt. Mehr Licht bedeutet weniger Widerstand und weniger Licht bedeutet mehr Widerstand. Fotowiderstände lassen sich leicht in lichtabhängige Robotik integrieren.
Solarzellen wandeln Sonnenlicht in Elektrizität um. Dies ist besonders nützlich für die Entwicklung eines Solarroboters. Eine Photovoltaikzelle kann zwar als Energiequelle betrachtet werden, sie kann jedoch mithilfe von Transistoren und Kondensatoren auch in einen Sensor umgewandelt werden.
2D- und 3D-Vision: Ein zweidimensionales Computer-Vision-Bild ist flach und skaliert, um Länge und Breite, aber nicht die Höhe zu berechnen. Auch wenn die Position und Position der Elemente variieren, ermöglicht die dreidimensionale Sicht einem Roboter, die Ausrichtung eines Teils zu bestimmen, das effektiver gehandhabt werden muss. Ein Roboterarm kann während der Montage von einem 3D-Vision-System präzise geführt werden und ein Roboterarm kann verschiedene Blickwinkel für wichtige Montageinspektionen bereitstellen.
Schallsensoren
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Schallsensoren in der Robotik funktionieren ähnlich wie Mikrofone, sind aber meist mit Schaltkreisen verbunden, die die Amplitude der Geräusche auf einen Schwellenwert bewerten und das Ergebnis an den Roboter melden. Mit zunehmender Amplitude wird das Geräusch lauter.
Dies könnte für einen Roboter nützlich sein, der Wildtiere untersucht. Das Erkennen und Verfolgen lauter Geräusche könnte einer der Datenpunkte sein, die zur Lokalisierung von Wildtieren verwendet werden. Eine kompliziertere Anwendung ist ein Schallsensor zur Spracherkennung, der auf vom Benutzer gesprochene Befehle reagiert.
Ein einfacher Roboter kann so programmiert werden, dass er sich fortbewegt, indem er auf Geräusche hört. Stellen Sie sich einen Roboter vor, der einmal nach rechts und zweimal nach links klatscht. Bei komplexen Robotern kann sowohl die Sprach- als auch die Stimmerkennung über dasselbe Mikrofon erfolgen. Schallsensoren sind schwieriger zu implementieren als Lichtsensoren, da sie eine sehr kleine Spannungsdifferenz erzeugen, die verstärkt werden muss, um eine erkennbare Spannungsänderung zu erzeugen.
Näherungssensoren
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A Näherungssensor in der Robotik kann ein Objekt in der Nähe erkennen, ohne dass eine physische Berührung erforderlich ist. Der Sender sendet elektromagnetische Strahlung an den daneben liegenden Sensor und der Empfänger empfängt und analysiert das Unterbrechungsrückmeldesignal. Dadurch kann anhand der in der Umgebung empfangenen Lichtmenge ermittelt werden, ob benachbarte Objekte vorhanden sind oder nicht. Für den Roboter bieten die Sensoren einen Ansatz zur Kollisionsvermeidung.
Es gibt viele verschiedene Arten von Näherungssensoren, aber nur wenige werden üblicherweise in Robotern eingesetzt.
Infrarot-Transceiver (IR): Sobald ein Hindernis erkannt wird, sendet eine IR-LED einen IR-Lichtstrahl, der das von einem IR-Empfänger empfangene Licht spiegelt.
Ultraschallsensor: Diese Sensoren erzeugen hochfrequente Schallwellen und das aufgezeichnete Echo zeigt an, dass ein Objekt zerstört wurde. Ultraschallsensoren könnten auch zur Entfernungsmessung verwendet werden.
Fotowiderstand: Obwohl ein Fotowiderstand ein Lichtsensor ist, kann er auch als Näherungssensor verwendet werden. Wenn sich ein Objekt dem Sensor nähert, ändert sich die Lichtmenge, wodurch sich der Widerstand des Fotowiderstands ändert. Dies kann erkannt und behandelt werden.
Taktile Sensoren
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Ein taktiler Sensor ist ein Gerät, das feststellt, ob ein Objekt Kontakt hat oder nicht. Ein taktiler Sensor ermöglicht es dem Roboter, alltägliche Gegenstände wie Treppengeländer und Beleuchtung zu „berühren und zu fühlen“, die durch Drücken der Basis gedimmt oder heller werden. Mithilfe dieser Sensoren werden Anwendungen überwacht und auf sanfte Weise mit der Umgebung interagiert. Es ist in zwei Kategorien unterteilt: Berührungs- und Kraftsensoren.
Berührungssensoren
Berührungssensoren in der Robotik, auch Kontaktsensoren genannt, sind Geräte, die die Berührung eines Sensors oder eines Objekts erkennen und spüren können. Häufig werden Mikroschalter, Endschalter und andere kleine Geräte eingesetzt. Die meisten dieser Sensoren werden von Robotern eingesetzt, um Hindernissen auszuweichen. Wenn diese Sensoren ein Hindernis erkennen, erhält der Roboter eine Aufgabe, die umgekehrt, gedreht, eingeschaltet, gestoppt usw. werden kann.
Kraftsensoren
Kraftsensoren werden in der Robotik verwendet, um die Kräfte zu berechnen, die bei den verschiedenen Funktionen eines Roboters auftreten, beispielsweise beim Be- und Entladen von Maschinen, bei der Materialverwaltung usw. Dieser Sensor verbessert auch den Montageprozess zur Fehlerbehebung. Ein Kraft-Momenten-Sensor gibt das aus Roboterarme das Gefühl, eine Montageaufgabe zu erledigen; Interne Zustandssensoren werden verwendet für Messung des Endeffektors.
Temperatursensoren
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Temperatursensoren in der Robotik Messen Sie Wärme-/Temperaturänderungen in der Umgebung, in der sie eingesetzt werden. Es basiert auf dem Konzept einer Spannungsdifferenzänderung bei einer Temperaturänderung. Diese Spannungsänderung liefert die entsprechende Temperatur der Umgebung. Lufttemperatur, Oberflächentemperatur und Tauchtemperatur sind alles Anwendungen für die Temperaturerfassung.
Navigations- und Positionierungssensoren
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Positionssensoren werden in der Robotik verwendet, um die Positionierung des Roboters abzuschätzen. Ein GPS ist der gebräuchlichste Positionierungssensor (Global Positioning System). Satelliten, die unseren Planeten umkreisen, senden Signale aus, die von einem Roboterempfänger aufgenommen und verarbeitet werden. Berechnen Sie anhand der analysierten Daten die ungefähre Position und Geschwindigkeit eines Roboters. Zu den drei häufigsten Navigationssensoren gehören:
GPS- Ortung
Das Global Positioning System (GPS) ist der am weitesten verbreitete Positionierungssensor. Satelliten, die unseren Planeten umkreisen, senden Signale aus, die vom Empfänger eines Roboters aufgenommen und verarbeitet werden. Die verarbeiteten Daten können zur Berechnung der ungefähren Position und Geschwindigkeit eines Roboters genutzt werden.
Diese GPS-Systeme sind für Roboter im Freien unglaublich nützlich, in Innenräumen sind sie jedoch wirkungslos. Sie sind im Moment auch etwas teuer, aber wenn ihre Preise sinken, werden Sie bald die meisten Roboter mit einem GPS-Modul ausgestattet sehen.
Digitaler Magnetkompass
Ähnlich wie ein tragbarer Magnetkompass nutzt der digitale Magnetkompass das Erdmagnetfeld, um Richtungsmessungen zu erstellen und Ihren Roboter in die richtige Richtung zu lenken, um sein Ziel zu erreichen. Diese Sensoren sind kostengünstiger als GPS-Module. Wenn Sie jedoch sowohl Positionsrückmeldung als auch Navigation benötigen, sollte ein Kompass in Verbindung mit einem GPS-Modul verwendet werden.
Lokalisierung
Die Aufgabe, den Standort eines Roboters in einer komplexen Umgebung selbstständig zu bestimmen, wird als Lokalisierung bezeichnet. Zur Standortbestimmung werden externe Elemente, sogenannte Landmarken, verwendet, die entweder gezielt platziert oder natürliche Landmarken sein können. In der ersten Phase werden künstliche Markierungen oder Beacons um den Roboter herum angebracht, und der Sensor des Roboters zeichnet diese Signale auf, um seinen genauen Standort zu bestimmen.
Beschleunigungssensoren
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Beschleunigungssensoren in der Robotik sind Geräte, die die Beschleunigung und Neigung des Roboters messen. Ein Beschleunigungsmesser wird von zwei Arten von Kräften beeinflusst:
Die statische Kraft – die Kraft, die zwischen zwei beliebigen Objekten herrscht. Wir können bestimmen, wie stark sich der Roboter neigt, indem wir seine Schwerkraft erkennen. Dieser Parameter ist nützlich, um Roboter auszubalancieren oder zu beurteilen, ob ein Roboter bergauf oder bergab fährt.
Dynamische Kraft – Die Geschwindigkeit, mit der ein Objekt bewegt werden muss. Die Geschwindigkeit, mit der sich ein Roboter bewegt, wird durch Messung der dynamischen Kraft mit einem Beschleunigungsmesser bestimmt.
Andere Robotersensoren
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Mittlerweile gibt es Hunderte von Sensoren, die praktisch alles erfassen können, was Sie sich vorstellen können, und es ist fast schwierig, sie alle aufzuzählen. Neben den oben aufgeführten gibt es noch eine Vielzahl weiterer Sensoren, die für bestimmte Anwendungen eingesetzt werden. Berücksichtigen Sie die folgenden Bedingungen:
Feuchtigkeitssensoren werden verwendet, um den Feuchtigkeitsgehalt der Luft zu bestimmen. Feuchtigkeitsgehalt
Gassensoren dienen zur Erkennung bestimmter Gase.
Potentiometer sind äußerst vielseitig und können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.
Magnetfeldsensoren messen die Stärke des sie umgebenden Magnetfelds
Fazit
Ein paar Fotowiderstände oder ein Infrarotsensor können verwendet werden, um einen einfachen Hindernisvermeidungsroboter zu bauen. Je komplizierter Ihr Roboter wird, desto mehr Sensoren wird er haben. Ein einzelner Vorgang kann die Verwendung von erfordern mehrere SensorenEs können auch mehrere Aufgaben mit einem einzigen Sensor erledigt werden.
Manchmal kann eine Aufgabe mithilfe eines der verschiedenen verfügbaren Sensoren erledigt werden. Wählen Sie den idealen Sensor basierend auf Verfügbarkeit, Erschwinglichkeit und Benutzerfreundlichkeit. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen zu kaufen Roboterarm mit einem Sensor vom Hersteller beigefügt. Dies erspart Ihnen im Idealfall die Kosten für den unabhängigen Kauf.