انواع حسگرها در رباتیک

منبع: Unsplash

حسگر، دید ربات از دنیای بیرون است. ربات ها از حسگرها برای درک و اندازه گیری ویژگی های هندسی و فیزیکی اشیاء اطراف خود استفاده می کنند. روبات‌ها، به‌ویژه ربات‌های خودمختار، به توانایی درک محیط اطراف خود نیاز دارند.

سنسورهای داخلی و خارجی دو نوع سنسوری هستند که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند. حسگرهای داخلی در رباتیک اطلاعاتی را در مورد ربات ارائه می‌دهند، از جمله اینکه کجاست، با چه سرعتی حرکت می‌کند، و چگونه شتاب می‌گیرد و موارد دیگر. حسگرهای خارجی در رباتیک داده ها را از دنیای بیرون از جمله اطلاعاتی مانند نقطه تماس بین جمع آوری می کنند یک بازوی رباتیک هیدرولیک و محصولی که روی آن کار می کند.

انواع مختلفی از حسگرها در رباتیک وجود دارد که می‌توان از بین آنها انتخاب کرد، و ما به ویژگی‌های تعدادی از آنها و همچنین چرایی و مکان استفاده از آنها خواهیم پرداخت.

سنسورهای نور

منبع: Unsplash

A حسگر نور در رباتیک برای تشخیص نور و ایجاد دیفرانسیل ولتاژ استفاده می شود. یک دوربین کنترل شده توسط کامپیوتر در بینایی ربات این سیستم به ربات اجازه می دهد تا اقدامات خود را مطابق با آن مشاهده و تطبیق دهد. مقاومت نوری و سلول‌های فتوولتائیک دو حسگر نوری هستند که بیشترین استفاده را در روبات‌ها دارند. لوله های نوری، ترانزیستورهای نوری، CCD ها و سایر حسگرهای نور به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند.

مقاومت نوری نوعی مقاومت است که مقاومت آن با تابش نور به آن تغییر می کند. نور بیشتر به معنای مقاومت کمتر و نور کمتر به معنای مقاومت بیشتر است. ادغام آنها در روباتیک وابسته به نور ساده است.

سلول های فتوولتائیک خورشیدی نور خورشید را به برق تبدیل می کنند. این به ویژه برای توسعه یک ربات خورشیدی مفید است. در حالی که یک سلول فتوولتائیک را می توان یک منبع انرژی در نظر گرفت، همچنین می تواند با استفاده از ترانزیستورها و خازن ها به حسگر تبدیل شود.

دید دوبعدی و سه بعدی: یک تصویر بینایی کامپیوتری دوبعدی مسطح است، برای محاسبه طول و عرض، اما نه ارتفاع، مقیاس بندی شده است. حتی با وجود اینکه مکان و موقعیت عناصر متفاوت است، دید سه بعدی به ربات اجازه می‌دهد تا جهت بخشی را که باید به طور مؤثرتری مدیریت شود، تعیین کند. یک بازوی رباتیک ممکن است دقیقاً توسط یک سیستم دید سه بعدی در هنگام مونتاژ هدایت شود و یک بازوی رباتیک می تواند زوایای دید مختلفی را برای بازرسی مونتاژ مهم فراهم کند.

سنسورهای صدا

منبع: Unsplash

حسگرهای صدا در رباتیک به روشی مشابه میکروفون ها کار می کنند، اما معمولاً به مدارهایی متصل هستند که دامنه صداها را تا یک مقدار آستانه ارزیابی می کنند و نتیجه را به ربات گزارش می دهند. با افزایش دامنه نویز بلندتر می شود.

این می تواند برای رباتی که حیات وحش را مطالعه می کند مفید باشد. تشخیص و دنبال کردن صداهای بلند می تواند یکی از نقاط داده مورد استفاده برای مکان یابی حیات وحش باشد. یک حسگر صدا برای تشخیص صدا، که به دستورات گفته شده توسط کاربر پاسخ می دهد، برنامه پیچیده تری است.

یک ربات ساده را می توان برای سفر با گوش دادن به صداها برنامه ریزی کرد. روباتی را در نظر بگیرید که یک کف زدن به سمت راست و دو کف زدن به سمت چپ ایجاد می کند. تشخیص گفتار و صدا را می توان با استفاده از یک میکروفون در ربات های پیچیده انجام داد. اجرای سنسورهای صدا نسبت به سنسورهای نور دشوارتر است زیرا آنها اختلاف ولتاژ بسیار کمی ایجاد می کنند که باید برای ایجاد یک تغییر ولتاژ قابل تشخیص تقویت شود.

حسگرهای مجاورت

منبع: Unsplash

A سنسور مجاورت در رباتیک می تواند یک شی نزدیک را بدون نیاز به لمس فیزیکی تشخیص دهد. فرستنده تشعشعات الکترومغناطیسی را به حسگر کنار خود می فرستد و گیرنده سیگنال بازخورد وقفه را دریافت و آنالیز می کند. در نتیجه، مقدار نور دریافتی در ناحیه را می توان برای تعیین اینکه آیا اجسام مجاور وجود دارند یا خیر، استفاده کرد. برای ربات، حسگرها یک رویکرد جلوگیری از برخورد را ارائه می دهند.

انواع مختلفی از حسگرهای مجاورتی وجود دارد، اما تنها تعداد کمی از آنها معمولاً در روبات ها به کار می روند.

فرستنده مادون قرمز (IR): هنگامی که یک مانع شناسایی می شود، یک LED IR یک پرتو IR از نور می فرستد که نور دریافتی توسط گیرنده IR را منعکس می کند.

سنسور اولتراسوند: این حسگرها امواج صوتی با فرکانس بالا تولید می کنند و پژواک ضبط شده نشان می دهد که یک جسم مختل شده است. از سنسورهای اولتراسوند نیز می توان برای اندازه گیری فاصله استفاده کرد.

مقاومت نوری: اگرچه مقاومت نوری یک حسگر نور است، اما می‌توان از آن به عنوان حسگر مجاورت نیز استفاده کرد. هنگامی که یک جسم به سنسور نزدیک می شود، مقدار نور تغییر می کند و باعث می شود مقاومت مقاومت نوری تغییر کند. این چیزی است که می توان تشخیص داد و با آن مقابله کرد.

حسگرهای لمسی

منبع: Unsplash

حسگر لمسی وسیله ای است که تعیین می کند آیا یک جسم در تماس است یا خیر. یک حسگر لمسی ربات را قادر می‌سازد تا اشیاء معمولی مانند ریل پله‌ها و نورهایی را که با فشار دادن پایه کم‌نور یا روشن می‌شوند، «لمس و حس کند». این حسگرها برای نظارت بر برنامه ها و تعامل با محیط به شیوه ای ملایم استفاده می شوند. به دو دسته سنسورهای لمسی و نیرو تقسیم می شود.

حسگرهای لمسی

حسگرهای لمسی در رباتیک که به عنوان حسگرهای تماسی نیز شناخته می‌شوند، دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند لمس یک حسگر یا یک شی را تشخیص داده و حس کنند. میکرو سوئیچ ها، سوئیچ های محدود و سایر دستگاه های کوچک اغلب مورد استفاده قرار می گیرند. اکثر این حسگرها توسط روبات ها برای جلوگیری از موانع استفاده می شوند. هنگامی که این حسگرها مانعی را تشخیص می دهند، به ربات وظیفه ای داده می شود که می تواند معکوس شود، روشن شود، روشن شود، متوقف شود و غیره.

سنسورهای نیرو

سنسورهای نیرو در رباتیک برای محاسبه نیروهای درگیر در عملکردهای مختلف ربات مانند بارگیری و تخلیه ماشین، مدیریت مواد و غیره استفاده می شوند. این سنسور همچنین روند مونتاژ را برای عیب یابی بهبود می بخشد. یک سنسور گشتاور نیرو می دهد بازوهای رباتیک احساس تکمیل یک کار مونتاژ؛ سنسورهای حالت داخلی برای اندازه گیری اثر پایانی.

سنسورهای دما

منبع: Pinterest

سنسورهای دما در رباتیک اندازه گیری تغییرات گرما/دما در محیطی که در آن به کار گرفته می شود. بر روی مفهوم تغییر دیفرانسیل ولتاژ برای تغییر دما کار می کند. این تغییر ولتاژ دمای معادل منطقه اطراف را فراهم می کند. دمای هوا، دمای سطح و دمای غوطه وری همگی کاربردهایی برای سنجش دما هستند.

سنسورهای ناوبری و موقعیت یابی

منبع: Pinterest

سنسورهای تعیین موقعیت در رباتیک برای تخمین موقعیت ربات استفاده می شوند. GPS رایج ترین حسگر موقعیت یابی (سیستم موقعیت یاب جهانی) است. ماهواره‌هایی که به دور سیاره ما می‌چرخند سیگنال‌هایی را ارسال می‌کنند که توسط یک گیرنده روباتی دریافت و پردازش می‌شوند. با استفاده از داده های تجزیه و تحلیل شده، موقعیت و سرعت تقریبی ربات را محاسبه کنید. سه سنسور ناوبری رایج عبارتند از:

GPS

سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) پرکاربردترین حسگر موقعیت یابی است. ماهواره‌هایی که به دور سیاره ما می‌چرخند سیگنال‌هایی را ارسال می‌کنند که توسط گیرنده یک روبات دریافت و پردازش می‌شوند. داده های پردازش شده را می توان برای محاسبه موقعیت و سرعت تقریبی ربات مورد استفاده قرار داد.

اینها سیستم های GPS برای روبات ها در فضای باز بسیار مفید هستند، اما در داخل خانه بی اثر هستند. آنها همچنین در حال حاضر کمی گران هستند، اما اگر قیمت آنها کاهش یابد، به زودی اکثر ربات های مجهز به ماژول GPS را خواهید دید.

قطب نما مغناطیسی دیجیتال

شبیه به قطب‌نمای مغناطیسی قابل حمل، قطب‌نمای مغناطیسی دیجیتال از میدان مغناطیسی زمین برای تولید اندازه‌گیری‌های جهت استفاده می‌کند و ربات شما را در جهت مناسب برای رسیدن به هدف هدایت می‌کند. این سنسورها نسبت به ماژول‌های GPS ارزان‌تر هستند، اما اگر به بازخورد موقعیتی و ناوبری نیاز دارید، باید از قطب‌نما همراه با ماژول GPS استفاده کنید.

بومی سازی

وظیفه تعیین خودکار موقعیت یک ربات در یک محیط پیچیده به عنوان محلی سازی شناخته می شود. عناصر خارجی به نام نشانه‌ها، که می‌توانند به طور هدفمند یا نشانه‌های طبیعی قرار گیرند، برای تعیین مکان استفاده می‌شوند. نشانگرها یا چراغ های مصنوعی در مرحله اول در اطراف ربات قرار می گیرند و حسگر ربات این سیگنال ها را برای شناسایی مکان دقیق آن ثبت می کند.

سنسورهای شتاب

منبع: Pinterest

سنسورهای شتاب در رباتیک دستگاه هایی هستند که شتاب و شیب ربات را اندازه گیری می کنند.  یک شتاب سنج تحت تأثیر دو نوع نیرو قرار می گیرد:

نیروی ساکن - نیرویی که بین هر دو جسم وجود دارد. ما می توانیم با تشخیص گرانش ربات تعیین کنیم که چقدر کج می شود. این پارامتر برای متعادل کردن ربات ها یا ارزیابی اینکه آیا ربات در حال رفتن به سربالایی یا سراشیبی است مفید است.

نیروی دینامیک - سرعتی که یک جسم باید با آن حرکت کند. سرعت/سرعتی که ربات با آن حرکت می کند با اندازه گیری نیروی دینامیکی با شتاب سنج تعیین می شود.

سایر سنسورهای رباتیک

منبع: Unsplash

اکنون صدها حسگر موجود است که عملاً می توانند هر چیزی را که تصور کنید حس کنند، و فهرست کردن همه آنها تقریباً دشوار است. به غیر از موارد ذکر شده در بالا، انواع حسگرهای دیگری نیز وجود دارند که برای کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند. شرایط زیر را در نظر بگیرید:

از سنسورهای رطوبت برای تعیین میزان رطوبت هوا استفاده می شود. میزان رطوبت

سنسورهای گاز برای تشخیص گازهای خاص ساخته می شوند.

پتانسیومترها بسیار متنوع هستند و می توانند در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند.

حسگرهای میدان مغناطیسی قدرت میدان مغناطیسی را که آنها را احاطه کرده است اندازه گیری می کنند

نتیجه

برای ساخت یک ربات ساده جلوگیری از موانع می توان از چند مقاومت نوری یا یک حسگر مادون قرمز استفاده کرد. هرچه ربات شما پیچیده تر شود، حسگرهای بیشتری خواهد داشت. یک عملیات واحد ممکن است نیاز به استفاده از سنسورهای متعدد، یا چندین کار ممکن است با یک سنسور انجام شود.

گاهی اوقات می توان یک کار را با استفاده از هر یک از چندین حسگر موجود انجام داد. بر اساس در دسترس بودن، مقرون به صرفه بودن و راحتی استفاده، سنسور ایده آل را انتخاب کنید. با این حال، گزینه خرید a نیز وجود دارد بازوی رباتیک با سنسور توسط سازنده به آن متصل شده است. این امر به‌طور ایده‌آل در هزینه خرید هر کدام مستقل از دیگری صرفه‌جویی می‌کند.