Bron: Unsplash
Een sensor is het zicht van een robot op de buitenwereld. Robots gebruiken sensoren om de geometrische en fysieke kenmerken van objecten in hun omgeving te begrijpen en te meten. Robots, vooral autonome robots, hebben het vermogen nodig om hun omgeving waar te nemen.
Interne en externe sensoren zijn de twee soorten sensoren die vaak worden gebruikt. Interne sensoren in de robotica geven informatie over de robot, zoals onder meer waar hij is, hoe snel hij gaat en hoe hij versnelt. Externe sensoren in robotica verzamelen gegevens van de buitenwereld, inclusief informatie zoals het contactpunt tussen een hydraulische robotarm en het product waaraan het werkt.
Er zijn verschillende soorten sensoren in de robotica waaruit je kunt kiezen, en we zullen de eigenschappen van een aantal ervan bespreken, evenals waarom en waar ze worden gebruikt.
Lichtsensoren
Bron: Unsplash
A lichtsensor in robotica wordt gebruikt om licht te detecteren en een spanningsverschil te creëren. Een computergestuurde camera in de robot visie Met dit systeem kan de robot zijn acties bekijken en dienovereenkomstig aanpassen. Fotoweerstanden en fotovoltaïsche cellen zijn de twee meest gebruikte lichtsensoren in robots. Fotobuizen, fototransistors, CCD's en andere lichtsensoren worden zelden gebruikt.
Een fotoresistor is een soort weerstand waarvan de weerstand verandert naarmate er meer licht op schijnt; meer licht betekent minder weerstand, en minder licht betekent meer weerstand. Ze zijn eenvoudig te integreren in licht-afhankelijke robotica.
Zonnecellen zetten zonlicht om in elektriciteit. Dit is vooral handig voor het ontwikkelen van een zonnerobot. Hoewel een fotovoltaïsche cel als energiebron kan worden beschouwd, kan deze ook worden omgezet in een sensor met behulp van transistoren en condensatoren.
2D- en 3D-visie: een tweedimensionaal computervisiebeeld is plat, geschaald om de lengte en breedte te berekenen, maar niet de hoogte. Ook al variëren de locatie en positie van de elementen, dankzij driedimensionaal zicht kan een robot de oriëntatie bepalen van een onderdeel dat effectiever moet worden gehanteerd. Een robotarm kan tijdens de montage nauwkeurig worden geleid door een 3D-visiesysteem, en een robotarm kan verschillende kijkhoeken bieden voor belangrijke montage-inspecties.
Geluidssensoren
Bron: Unsplash
Geluidssensoren in robotica werken op een vergelijkbare manier als microfoons, maar zijn meestal verbonden met circuits die de amplitude van de geluiden tot een drempelwaarde beoordelen en het resultaat aan de robot rapporteren. Het geluid wordt luider naarmate de amplitude toeneemt.
Dit kan handig zijn voor een robot die dieren in het wild bestudeert; het detecteren en volgen van harde geluiden zou een van de datapunten kunnen zijn die worden gebruikt om wilde dieren te lokaliseren. Een geluidssensor voor stemherkenning, die reageert op door een gebruiker uitgesproken commando's, is een ingewikkeldere toepassing.
Een basisrobot kan worden geprogrammeerd om te reizen door naar geluiden te luisteren. Beschouw een robot die één klap naar rechts en twee klap naar links maakt. Spraak- en stemherkenning kunnen beide worden gedaan met dezelfde microfoon in complexe robots. Geluidssensoren zijn moeilijker te implementeren dan lichtsensoren, omdat ze een heel klein spanningsverschil produceren dat moet worden versterkt om een waarneembare spanningsverandering te veroorzaken.
Nabijheidssensoren
Bron: Unsplash
A nabijheidssensor in robotica kan een object in de buurt detecteren zonder fysieke aanraking. De zender stuurt elektromagnetische straling naar de sensor ernaast, en de ontvanger ontvangt en analyseert het onderbrekingsfeedbacksignaal. Als gevolg hiervan kan de hoeveelheid licht die in het gebied wordt ontvangen, worden gebruikt om te bepalen of aangrenzende objecten al dan niet aanwezig zijn. Voor de robot zorgen de sensoren voor een aanpak om botsingen te vermijden.
Er zijn veel verschillende soorten naderingssensoren, maar slechts een paar worden vaak in robots gebruikt.
Infrarood (IR)-transceiver: Zodra een obstakel wordt gedetecteerd, zendt een IR-LED een IR-lichtstraal uit die het licht weerspiegelt dat door een IR-ontvanger wordt ontvangen.
Ultrasound Sensor: Deze sensoren produceren hoogfrequente geluidsgolven en de opgenomen echo geeft aan dat een object is verstoord. Ultrasound sensoren kunnen ook worden gebruikt om afstanden te meten.
Fotoresistor: Hoewel een fotoresistor een lichtsensor is, kan deze ook worden gebruikt als nabijheidssensor. Wanneer een object de sensor nadert, verandert de hoeveelheid licht, waardoor de weerstand van de fotoresistor verandert. Dit is iets dat kan worden gedetecteerd en aangepakt.
Tactiele sensoren
Bron: Unsplash
Een tactiele sensor is een apparaat dat bepaalt of een voorwerp al dan niet in contact is. Met een tactiele sensor kan de robot alledaagse voorwerpen zoals trapleuningen en verlichting ‘aanraken en voelen’, die dimmen of helderder worden door op de basis te drukken. Deze sensoren worden gebruikt om toepassingen te monitoren en op een zachte manier met de omgeving te communiceren. Het is onderverdeeld in twee categorieën: aanraak- en krachtsensoren.
Aanraaksensoren
Aanraaksensoren in de robotica, ook wel contactsensoren genoemd, zijn apparaten die de aanraking van een sensor of object kunnen detecteren en voelen. Microschakelaars, eindschakelaars en andere kleine apparaten worden vaak gebruikt. Het merendeel van deze sensoren wordt door robots gebruikt om obstakels te ontwijken. Wanneer deze sensoren een obstakel detecteren, krijgt de robot een taak die kan worden omgekeerd, gedraaid, ingeschakeld, gestopt, enzovoort.
Kracht sensor
Krachtsensoren in de robotica worden gebruikt om de krachten te berekenen die betrokken zijn bij de verschillende functies van een robot, zoals het laden en lossen van machines, materiaalbeheer, enzovoort. Deze sensor verbetert ook het assemblageproces voor het oplossen van problemen. Een krachtkoppelsensor geeft de robotarmen het gevoel een montagetaak te voltooien; Hiervoor worden interne statussensoren gebruikt het meten van de eindeffector.
Temperatuursensoren
Bron: Pinterest
Temperatuursensoren in robotica meten van warmte-/temperatuurveranderingen in de omgeving waarin ze worden gebruikt. Het werkt op het concept van een spanningsverschilverandering voor een temperatuurverandering; deze spanningsverandering zorgt voor de equivalente temperatuur van de omgeving. Luchttemperatuur, oppervlaktetemperatuur en onderdompelingstemperatuur zijn allemaal toepassingen voor temperatuurmeting.
Navigatie- en positioneringssensoren
Bron: Pinterest
Positioneringssensoren in de robotica worden gebruikt om de positionering van de robot te schatten. Een GPS is de meest voorkomende positioneringssensor (Global Positioning System). Satellieten die in een baan om onze planeet draaien, zenden signalen uit, die worden opgevangen en verwerkt door een robotontvanger. Bereken de geschatte positie en snelheid van een robot met behulp van de geanalyseerde gegevens. De drie meest voorkomende navigatiesensoren zijn onder meer;
GPS
Het Global Positioning System (GPS) is de meest gebruikte positioneringssensor. Satellieten die in een baan om onze planeet draaien, zenden signalen uit, die worden opgevangen en verwerkt door de ontvanger van een robot. De verwerkte gegevens kunnen worden gebruikt om de geschatte positie en snelheid van een robot te berekenen.
Deze GPS-systemen zijn ongelooflijk nuttig voor robots buitenshuis, maar binnenshuis zijn ze niet effectief. Ze zijn momenteel ook een beetje prijzig, maar als de prijzen dalen, zie je de meeste robots al snel uitgerust met een GPS-module.
Digitaal magnetisch kompas
Net als een draagbaar magnetisch kompas gebruikt het Digitale Magnetische Kompas het magnetische veld van de aarde om richtingsmetingen uit te voeren, waardoor uw robot in de juiste richting wordt geleid om zijn doel te bereiken. Deze sensoren zijn goedkoper dan GPS-modules, maar als u zowel positiefeedback als navigatie nodig heeft, moet een kompas worden gebruikt in combinatie met een GPS-module.
Lokalisatie
De taak om autonoom de locatie van een robot in een complexe omgeving te bepalen, staat bekend als lokalisatie. Externe elementen, oriëntatiepunten genoemd, die doelbewust geplaatst of natuurlijke oriëntatiepunten kunnen zijn, worden gebruikt om de locatie te bepalen. In de eerste fase worden kunstmatige markeringen of bakens rond de robot geplaatst. De sensor van de robot registreert deze signalen om de exacte locatie te identificeren.
Versnellingssensoren
Bron: Pinterest
Versnellingssensoren in de robotica zijn apparaten die de versnelling en kanteling van de robot meten. Een versnellingsmeter wordt beïnvloed door twee soorten krachten:
De statische kracht – de kracht die bestaat tussen twee objecten. We kunnen bepalen hoeveel de robot kantelt door de zwaartekracht te detecteren. Deze parameter is handig voor het balanceren van robots of om te beoordelen of een robot bergop of bergaf gaat.
Dynamische kracht – De snelheid waarmee een object moet worden verplaatst. De snelheid/snelheid waarmee een robot zich voortbeweegt, wordt bepaald door de dynamische kracht te meten met een versnellingsmeter.
Andere robotsensoren
Bron: Unsplash
Er zijn inmiddels honderden sensoren beschikbaar die vrijwel alles kunnen waarnemen wat je maar kunt bedenken, en het is bijna moeilijk om ze allemaal op te sommen. Naast de hierboven genoemde sensoren zijn er nog een aantal andere sensoren die voor specifieke toepassingen worden gebruikt. Houd rekening met de volgende omstandigheden:
Vochtigheidssensoren worden gebruikt om de hoeveelheid vocht in de lucht te bepalen. Vochtgehalte
Gassensoren zijn gemaakt om specifieke gassen te detecteren.
Potentiometers zijn uiterst veelzijdig en kunnen in een breed scala aan toepassingen worden gebruikt.
Magnetische veldsensoren meten de sterkte van het magnetische veld dat hen omringt
Conclusie
Een paar fotoweerstanden of een infraroodsensor kunnen worden gebruikt om een eenvoudige robot te maken die obstakels vermijdt. Hoe ingewikkelder je robot wordt, hoe meer sensoren hij zal hebben. Een enkele handeling kan het gebruik van vereisen meerdere sensorenOf er kunnen meerdere taken worden uitgevoerd met één enkele sensor.
Soms kan een taak worden voltooid met behulp van een van de verschillende beschikbare sensoren. Kies op basis van beschikbaarheid, betaalbaarheid en gebruiksgemak de ideale sensor. Er is echter ook de mogelijkheid om een robotarm met een sensor die door de fabrikant eraan is bevestigd. Dit bespaart u idealiter de kosten van het onafhankelijk van elkaar kopen.