Fonte: Unsplash
Un sensore è la visione del mondo esterno da parte di un robot. I robot utilizzano sensori per comprendere e misurare le caratteristiche geometriche e fisiche degli oggetti nell'ambiente circostante. I robot, in particolare quelli autonomi, richiedono la capacità di percepire l’ambiente circostante.
I sensori interni ed esterni sono i due tipi di sensori comunemente utilizzati. I sensori interni nella robotica forniscono informazioni sul robot, ad esempio dove si trova, quanto velocemente sta andando e come accelera, tra le altre cose. I sensori esterni nella robotica raccolgono dati dal mondo esterno, comprese informazioni come il punto di contatto tra un braccio robotico idraulico e il prodotto su cui sta lavorando.
Nella robotica ci sono diversi tipi di sensori tra cui scegliere, ed esamineremo le proprietà di alcuni di essi, nonché il motivo e il luogo in cui vengono utilizzati.
Sensori di luce
Fonte: Unsplash
A sensore di luce nella robotica viene utilizzato per rilevare la luce e creare un differenziale di tensione. Una telecamera controllata dal computer nel visione robotica Il sistema consente al robot di visualizzare e adattare le sue azioni di conseguenza. Fotoresistori e celle fotovoltaiche sono i due sensori di luce più utilizzati nei robot. Fototubi, fototransistor, CCD e altri sensori di luce vengono utilizzati raramente.
Un fotoresistore è un tipo di resistore la cui resistenza cambia in base alla quantità di luce che lo illumina; più luce significa meno resistenza e meno luce significa più resistenza. Sono semplici da integrare nella robotica dipendente dalla luce.
Le celle fotovoltaiche solari trasformano la luce del sole in elettricità. Ciò è particolarmente utile per sviluppare un robot solare. Mentre una cella fotovoltaica può essere considerata una fonte di energia, può anche essere convertita in un sensore con l'uso di transistor e condensatori.
Visione 2D e 3D: un'immagine bidimensionale della visione artificiale è piatta, ridimensionata per calcolare la lunghezza e la larghezza ma non l'altezza. Anche se la posizione e la posizione degli elementi variano, la visione tridimensionale consente a un robot di determinare l'orientamento di una parte che deve essere maneggiata in modo più efficace. Un braccio robotico può essere guidato con precisione da un sistema di visione 3D durante l'assemblaggio e un braccio robotico può fornire vari angoli di visione per importanti ispezioni di assemblaggio.
Sensori sonori
Fonte: Unsplash
Sensori sonori nella robotica funzionano in modo simile ai microfoni, ma di solito sono collegati a circuiti che valutano l’ampiezza dei suoni fino a un valore di soglia e riportano il risultato al robot. Il rumore diventa più forte man mano che l'ampiezza aumenta.
Ciò potrebbe essere utile per un robot che studia la fauna selvatica; rilevare e seguire rumori forti potrebbe essere uno dei punti dati utilizzati per localizzare la fauna selvatica. Un sensore sonoro per il riconoscimento vocale, che risponde ai comandi pronunciati da un utente, è un'applicazione più complicata.
Un robot di base può essere programmato per viaggiare ascoltando i suoni. Considera un robot che batte le mani a destra e due a sinistra. Il riconoscimento vocale e vocale possono essere eseguiti entrambi utilizzando lo stesso microfono nei robot complessi. I sensori acustici sono più difficili da implementare rispetto ai sensori luminosi poiché producono una differenza di tensione molto piccola che deve essere amplificata per produrre una variazione di tensione percepibile.
Sensori di prossimità
Fonte: Unsplash
A sensore di prossimità nella robotica può rilevare un oggetto vicino senza richiedere il tocco fisico. Il trasmettitore invia radiazioni elettromagnetiche al sensore accanto, mentre il ricevitore riceve e analizza il segnale di feedback dell'interruzione. Di conseguenza, la quantità di luce ricevuta nell'area può essere utilizzata per determinare se sono presenti o meno oggetti vicini. Per il robot, i sensori forniscono un approccio per evitare le collisioni.
Esistono molti tipi diversi di sensori di prossimità, ma solo pochi sono comunemente utilizzati nei robot.
Trasmettitore a infrarossi (IR): una volta rilevato un ostacolo, un LED IR invia un raggio di luce IR che rispecchia la luce ricevuta da un ricevitore IR.
Sensore a ultrasuoni: questi sensori producono onde sonore ad alta frequenza e l'eco registrata indica che un oggetto è stato interrotto. I sensori a ultrasuoni potrebbero essere utilizzati anche per misurare le distanze.
Fotoresistore: Sebbene un fotoresistore sia un sensore di luce, può anche essere utilizzato come sensore di prossimità. Quando un oggetto si avvicina al sensore, la quantità di luce cambia, causando un'alterazione della resistenza del fotoresistore. Questo è qualcosa che può essere rilevato e gestito.
Sensori tattili
Fonte: Unsplash
Un sensore tattile è un dispositivo che determina se un oggetto è in contatto o meno. Un sensore tattile consente al robot di “toccare e sentire” oggetti comuni come corrimano e luci che si attenuano o si illuminano premendo la base. Questi sensori vengono utilizzati per monitorare le applicazioni e interagire con l'ambiente in modo delicato. È diviso in due categorie: sensori di tocco e di forza.
Sensori tattili
I sensori tattili nella robotica, noti anche come sensori di contatto, sono dispositivi in grado di rilevare e percepire il tocco di un sensore o di un oggetto. Spesso vengono utilizzati microinterruttori, interruttori di finecorsa e altri piccoli dispositivi. La maggior parte di questi sensori vengono utilizzati dai robot per evitare gli ostacoli. Quando questi sensori rilevano un ostacolo, al robot viene assegnato un compito che può essere invertito, girato, acceso, fermato e così via.
Sensore di forza
I sensori di forza nella robotica vengono utilizzati per calcolare le forze coinvolte nelle varie funzioni di un robot, come il carico e lo scarico della macchina, la gestione dei materiali e così via. Questo sensore migliorerà anche il processo di assemblaggio per la risoluzione dei problemi. Un sensore di coppia e forza fornisce la braccia robotiche la sensazione di completare un'attività di assemblaggio; vengono utilizzati i sensori di stato interni misurazione dell'effettore finale.
Sensori di temperatura
Fonte: Pinterest
Sensori di temperatura nella robotica misurare le variazioni di calore/temperatura nell'ambiente in cui sono impiegati. Funziona sul concetto di variazione del differenziale di tensione per una variazione di temperatura; questa variazione di tensione fornisce la temperatura equivalente dell'area circostante. La temperatura dell'aria, la temperatura superficiale e la temperatura di immersione sono tutte applicazioni per il rilevamento della temperatura.
Sensori di navigazione e posizionamento
Fonte: Pinterest
I sensori di posizionamento nella robotica vengono utilizzati per stimare il posizionamento del robot. Il GPS è il sensore di posizionamento più comune (Global Positioning System). I satelliti in orbita attorno al nostro pianeta inviano segnali, che vengono captati ed elaborati da un ricevitore robot. Calcola la posizione e la velocità approssimative di un robot utilizzando i dati analizzati. I tre sensori di navigazione più comuni includono;
GPS
Il Global Positioning System (GPS) è il sensore di posizionamento più utilizzato. I satelliti in orbita attorno al nostro pianeta inviano segnali, che vengono captati ed elaborati dal ricevitore di un robot. I dati elaborati possono essere utilizzati per calcolare la posizione e la velocità approssimative di un robot.
Alcuni degli Sistemi GPS sono incredibilmente utili per i robot all’aperto, ma sono inefficaci all’interno. Sono anche un po’ costosi al momento, ma se i loro prezzi scendono, vedrai presto la maggior parte dei robot dotati di un modulo GPS.
Bussola magnetica digitale
Simile a una bussola magnetica portatile, la bussola magnetica digitale utilizza il campo magnetico terrestre per produrre misurazioni direzionali, guidando il tuo robot nella direzione appropriata per raggiungere il suo obiettivo. Questi sensori sono meno costosi dei moduli GPS, tuttavia se sono necessari sia il feedback di posizione che la navigazione, è necessario utilizzare una bussola insieme a un modulo GPS.
Localizzazione
Il compito di determinare autonomamente la posizione di un robot in un ambiente complesso è noto come localizzazione. Per determinare la posizione vengono utilizzati elementi esterni chiamati punti di riferimento, che possono essere posizionati intenzionalmente o punti di riferimento naturali. Nella prima fase vengono posizionati intorno al robot marcatori o fari artificiali e il sensore del robot registra questi segnali per identificare la sua posizione esatta.
Sensori di accelerazione
Fonte: Pinterest
I sensori di accelerazione nella robotica sono dispositivi che misurano l'accelerazione e l'inclinazione del robot. Un accelerometro è influenzato da due tipi di forze:
La forza statica: la forza che esiste tra due oggetti qualsiasi. Possiamo determinare quanto si inclina il robot rilevandone la gravità. Questo parametro è utile per bilanciare i robot o valutare se un robot sta andando in salita o in discesa.
Forza dinamica: la velocità con cui un oggetto deve essere spostato. La velocità alla quale viaggia un robot viene determinata misurando la forza dinamica con un accelerometro.
Altri sensori robotici
Fonte: Unsplash
Oggi sono disponibili centinaia di sensori in grado di rilevare praticamente qualsiasi cosa tu possa immaginare, ed è quasi difficile elencarli tutti. Oltre a quelli sopra elencati, esistono numerosi altri sensori utilizzati per applicazioni specifiche. Considera le seguenti condizioni:
I sensori di umidità vengono utilizzati per determinare la quantità di umidità nell'aria. Contenuto di umidità
I sensori di gas sono realizzati per rilevare gas specifici.
I potenziometri sono estremamente versatili e possono essere utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni.
I sensori di campo magnetico misurano la forza del campo magnetico che li circonda
Conclusione
Una coppia di fotoresistenze o un sensore a infrarossi possono essere utilizzati per realizzare un semplice robot per evitare gli ostacoli. Più complicato diventa il tuo robot, più sensori avrà. Una singola operazione può richiedere l'uso di più sensorioppure è possibile eseguire più lavori con un singolo sensore.
A volte è possibile completare un'attività utilizzando uno qualsiasi dei numerosi sensori disponibili. In base alla disponibilità, alla convenienza e alla comodità d'uso, scegli il sensore ideale. Esiste però anche la possibilità di acquistare a braccio robotico con sensore ad esso allegato dal produttore. Ciò idealmente ti fa risparmiare il costo di acquistarli indipendentemente dall'altro.