Källa: Unsplash
En sensor är en robots syn på omvärlden. Robotar använder sensorer för att förstå och mäta de geometriska och fysiska egenskaperna hos föremål i deras omgivning. Robotar, särskilt autonoma robotar, kräver förmågan att känna av sin omgivning.
Interna och yttre sensorer är de två typerna av sensorer som vanligtvis används. Interna sensorer inom robotik ger information om roboten, som var den är, hur snabbt den går och hur den accelererar, bland annat. Externa sensorer inom robotik samlar in data från omvärlden inklusive information som kontaktpunkten mellan en hydraulisk robotarm och produkten den arbetar med.
Det finns olika typer av sensorer inom robotik att välja på, och vi går igenom egenskaperna hos ett antal av dem, samt varför och var de används.
Ljussensorer
Källa: Unsplash
A ljussensor inom robotik används för att detektera ljus och skapa en spänningsskillnad. En datorstyrd kamera i robot vision systemet låter roboten se och anpassa sina handlingar därefter. Fotoresistorer och fotovoltaiska celler är de två mest använda ljussensorerna i robotar. Fotorör, fototransistorer, CCD:er och andra ljussensorer används sällan.
En fotoresistor är en sorts resistor vars resistans ändras när mängden ljus lyser på den; mer ljus betyder mindre motstånd och mindre ljus betyder mer motstånd. De är enkla att integrera i ljusberoende robotteknik.
Solceller förvandlar solljus till elektricitet. Detta är särskilt användbart för att utveckla en solrobot. Medan en fotovoltaisk cell kan betraktas som en energikälla, kan den också omvandlas till en sensor med hjälp av transistorer och kondensatorer.
2D & 3D Vision: En tvådimensionell datorseendebild är platt, skalad för att beräkna längd och bredd men inte höjd. Även om elementens placering och position varierar, tillåter tredimensionell vision en robot att bestämma orienteringen för en del som måste hanteras mer effektivt. En robotarm kan styras exakt av ett 3D-visionssystem under montering, och en robotarm kan ge olika betraktningsvinklar för viktig monteringsinspektion.
Ljudsensorer
Källa: Unsplash
Ljudsensorer inom robotik fungerar på liknande sätt som mikrofoner, men de är vanligtvis anslutna till kretsar som bedömer ljudens amplitud till ett tröskelvärde och rapporterar resultatet till roboten. Bruset blir högre när amplituden ökar.
Detta kan vara användbart för en robot som studerar vilda djur; att upptäcka och följa höga ljud kan vara en av de datapunkter som används för att lokalisera vilda djur. En ljudsensor för röstigenkänning, som svarar på kommandon som uttalas av en användare, är en mer komplicerad applikation.
En grundläggande robot kan programmeras att resa genom att lyssna på ljud. Tänk på en robot som får en klapp till höger och två klappar till vänster. Tal- och röstigenkänning kan båda göras med samma mikrofon i komplexa robotar. Ljudsensorer är svårare att implementera än ljussensorer eftersom de producerar en mycket liten spänningsskillnad som måste förstärkas för att producera en märkbar spänningsförändring.
Närhetsgivare
Källa: Unsplash
A närhetssensor inom robotik kan upptäcka ett närliggande föremål utan att kräva fysisk beröring. Sändaren skickar elektromagnetisk strålning till sensorn bredvid, och mottagaren tar emot och analyserar avbrottsåterkopplingssignalen. Som ett resultat kan mängden ljus som tas emot i området användas för att avgöra om angränsande föremål finns eller inte. För roboten ger sensorerna en kollisionsundvikande strategi.
Det finns många olika typer av närhetssensorer, men endast ett fåtal används ofta i robotar.
Infraröd (IR) transceiver: När ett hinder upptäcks skickar en IR-LED en IR-ljusstråle som speglar ljuset som tas emot av en IR-mottagare.
Ultraljudssensor: Dessa sensorer producerar högfrekventa ljudvågor, och det inspelade ekot indikerar att ett föremål har störts. Ultraljudssensorer kan också användas för att mäta avstånd.
Fotoresistor: Även om en fotoresistor är en ljussensor, kan den också användas som en närhetssensor. När ett föremål närmar sig sensorn ändras mängden ljus, vilket gör att fotoresistorns motstånd förändras. Detta är något som kan upptäckas och hanteras.
Taktila sensorer
Källa: Unsplash
En taktil sensor är en enhet som avgör om ett föremål är i kontakt eller inte. En taktil sensor gör det möjligt för roboten att "röra och känna" vanliga föremål som trappskenor och belysning som dämpas eller lyser upp genom att trycka på basen. Dessa sensorer används för att övervaka applikationer och interagera med miljön på ett skonsamt sätt. Den är indelad i två kategorier: Touch- och Force-sensorer.
Pekssensorer
Beröringssensorer inom robotik, även kända som kontaktsensorer, är enheter som kan upptäcka och känna av beröringen av en sensor eller ett föremål. Mikrobrytare, gränslägesbrytare och andra små enheter används ofta. Majoriteten av dessa sensorer används av robotar för att undvika hinder. När dessa sensorer upptäcker ett hinder får roboten en uppgift som kan vändas, vridas, slås på, stoppas och så vidare.
Kraftsensorer
Kraftsensorer inom robotik används för att beräkna krafterna som är involverade i en robots olika funktioner, såsom maskinlastning och lossning, materialhantering och så vidare. Denna sensor kommer också att förbättra monteringsprocessen för felsökning. En kraftmomentsensor ger robotarmar känslan av att slutföra en monteringsuppgift; interna tillståndsgivare används för mätning av sluteffektorn.
Temperatursensorer
Källa: Pinterest
Temperatursensorer inom robotik mäta värme/temperaturförändringar i miljön där de används. Det fungerar på konceptet med en spänningsskillnadsförändring för en temperaturförändring; denna spänningsförändring ger motsvarande temperatur i omgivningen. Lufttemperatur, yttemperatur och nedsänkningstemperatur är alla applikationer för temperaturavkänning.
Navigations- och positioneringssensorer
Källa: Pinterest
Positioneringssensorer inom robotik används för att uppskatta robotens positionering. En GPS är den vanligaste positioneringssensorn (Global Positioning System). Satelliter som kretsar kring vår planet skickar ut signaler, som plockas upp och bearbetas av en robotmottagare. Beräkna en robots ungefärliga position och hastighet med hjälp av analyserad data. De tre vanligaste navigationssensorerna inkluderar;
GPS
Global Positioning System (GPS) är den mest använda positioneringssensorn. Satelliter som kretsar kring vår planet skickar ut signaler, som plockas upp och bearbetas av en robots mottagare. Den bearbetade datan kan användas för att beräkna en robots ungefärliga position och hastighet.
Dessa GPS-system är otroligt användbara för robotar utomhus, men de är ineffektiva inomhus. De är också lite dyra just nu, men om deras priser sjunker kommer du snart att se de flesta robotar utrustade med en GPS-modul.
Digital magnetisk kompass
I likhet med en bärbar magnetisk kompass använder den digitala magnetiska kompassen jordens magnetfält för att producera riktningsmätningar, och guidar din robot i rätt riktning för att nå sitt mål. Dessa sensorer är billigare än GPS-moduler, men om du behöver både positionsfeedback och navigering bör en kompass användas tillsammans med en GPS-modul.
Lokalisering
Uppgiften att självständigt bestämma platsen för en robot i en komplex miljö kallas lokalisering. Externa element som kallas landmärken, som antingen kan vara avsiktligt placerade eller naturliga landmärken, används för att bestämma platsen. Konstgjorda markörer eller beacons sätts runt roboten i den första fasen, och robotens sensor registrerar dessa signaler för att identifiera dess exakta plats.
Accelerationssensorer
Källa: Pinterest
Accelerationssensorer inom robotteknik är enheter som mäter robotens acceleration och lutning. En accelerometer påverkas av två typer av krafter:
Den statiska kraften – kraften som finns mellan två objekt. Vi kan avgöra hur mycket roboten lutar genom att detektera dess gravitation. Denna parameter är användbar för att balansera robotar eller bedöma om en robot går uppför eller nedför.
Dynamisk kraft – Den hastighet med vilken ett föremål måste flyttas. Hastigheten/hastigheten med vilken en robot färdas bestäms genom att mäta dynamisk kraft med en accelerometer.
Andra robotsensorer
Källa: Unsplash
Det finns hundratals sensorer tillgängliga nu som kan känna av praktiskt taget allt du kan föreställa dig, och det är nästan svårt att lista dem alla. Bortsett från de som listas ovan, finns det en mängd andra sensorer som används för specifika applikationer. Tänk på följande villkor:
Fuktighetssensorer används för att bestämma mängden fukt i luften. Fukthalt
Gassensorer är gjorda för att detektera specifika gaser.
Potentiometrar är extremt mångsidiga och kan användas i en mängd olika applikationer.
Magnetfältssensorer mäter styrkan på magnetfältet som omger dem
Slutsats
Ett par fotoresistorer eller en infraröd sensor kan användas för att göra en enkel robot för att undvika hinder. Ju mer komplicerad din robot blir, desto fler sensorer kommer den att ha. En enda operation kan kräva användning av flera sensorer, eller flera jobb kan utföras med en enda sensor.
En uppgift kan ibland slutföras med någon av de flera tillgängliga sensorerna. Välj den idealiska sensorn baserat på tillgänglighet, prisvärdhet och användarvänlighet. Men det finns också möjlighet att köpa en robotarm med en sensor fäst till den av tillverkaren. Detta sparar dig helst kostnaden för att köpa var och en oberoende av den andra.