Джерело: Unsplash
Датчик — це вид робота на зовнішній світ. Роботи використовують датчики для розуміння та вимірювання геометричних і фізичних характеристик об’єктів, що їх оточують. Роботам, особливо автономним роботам, потрібна здатність відчувати оточення.
Внутрішні та зовнішні датчики – це два типи датчиків, які зазвичай використовуються. Внутрішні датчики в робототехніці надають інформацію про робота, наприклад, де він знаходиться, як швидко рухається та як прискорюється, серед іншого. Зовнішні датчики в робототехніці збирають дані із зовнішнього світу, включаючи інформацію про точку контакту між ними гідравлічна роботизована рука і продукт, над яким він працює.
У робототехніці є різні типи датчиків, і ми розглянемо властивості деяких із них, а також чому та де вони використовуються.
Сенсори світла
Джерело: Unsplash
A датчик світла в робототехніці використовується для виявлення світла та створення диференціалу напруги. Керована комп’ютером камера в робот зір система дозволяє роботу переглядати та адаптувати свої дії відповідно. Фоторезистори та фотоелементи є двома найбільш використовуваними датчиками світла в роботах. Фотолампи, фототранзистори, ПЗЗ-матриці та інші датчики світла використовуються рідко.
Фоторезистор — це різновид резистора, опір якого змінюється залежно від кількості світла, що на нього потрапляє; більше світла означає менший опір, а менше світла означає більший опір. Їх легко інтегрувати в світлозалежну робототехніку.
Сонячні фотоелементи перетворюють сонячне світло в електрику. Це особливо корисно для розробки сонячного робота. Хоча фотоелемент можна вважати джерелом енергії, його також можна перетворити на датчик за допомогою транзисторів і конденсаторів.
2D і 3D Vision: двовимірне зображення комп’ютерного зору є плоским, масштабованим для обчислення довжини та ширини, але не висоти. Навіть незважаючи на те, що розташування та положення елементів відрізняються, тривимірне бачення дозволяє роботу визначати орієнтацію частини, з якою потрібно працювати ефективніше. Роботизована рука може точно керуватися системою тривимірного бачення під час складання, а роботизована рука може забезпечувати різні кути огляду для важливої перевірки складання.
Датчики звуку
Джерело: Unsplash
Звукові датчики в робототехніці працюють подібно до мікрофонів, але вони зазвичай під’єднані до схем, які оцінюють амплітуду звуків до порогового значення та повідомляють результат роботу. Шум стає голоснішим із збільшенням амплітуди.
Це може бути корисним для робота, який вивчає дику природу; виявлення та відстеження гучних звуків може бути однією з точок даних, які використовуються для визначення місцезнаходження дикої природи. Більш складним застосуванням є звуковий датчик для розпізнавання голосу, який реагує на команди користувача.
Базового робота можна запрограмувати на подорож, слухаючи звуки. Розглянемо робота, який робить один хлопок праворуч і два хлопки ліворуч. Розпізнавання мовлення та голосу можна виконувати за допомогою одного мікрофона в складних роботах. Датчики звуку важче реалізувати, ніж датчики світла, оскільки вони виробляють дуже малу різницю напруги, яку необхідно посилити, щоб створити помітну зміну напруги.
Датчики наближення
Джерело: Unsplash
A датчик наближення в робототехніці може виявити об'єкт поблизу, не вимагаючи фізичного дотику. Передавач посилає електромагнітне випромінювання на датчик поруч із ним, а приймач приймає та аналізує сигнал зворотного зв’язку переривання. У результаті кількість світла, отриманого в цій області, може бути використана для визначення наявності сусідніх об’єктів. Для робота датчики забезпечують уникнення зіткнень.
Існує багато різних типів датчиків наближення, але лише деякі з них зазвичай використовуються в роботах.
Інфрачервоний (ІЧ) трансивер: після виявлення перешкоди ІЧ-світлодіод надсилає ІЧ-промінь світла, який відображає світло, отримане ІЧ-одержувачем.
Ультразвуковий датчик: ці датчики виробляють високочастотні звукові хвилі, а записане відлуння вказує на те, що об’єкт було порушено. Ультразвукові датчики також можна використовувати для вимірювання відстаней.
Фоторезистор: хоча фоторезистор є датчиком світла, його також можна використовувати як датчик наближення. Коли об’єкт наближається до датчика, кількість світла змінюється, що призводить до зміни опору фоторезистора. Це те, що можна виявити та впоратися з цим.
Тактильні датчики
Джерело: Unsplash
Тактильний датчик - це пристрій, який визначає, чи знаходиться об'єкт у контакті. Тактильний датчик дозволяє роботу «доторкнутися й відчути» звичайні об’єкти, як-от поручні сходів і освітлення, яке тьмяніє або стає яскравішим, натискаючи на основу. Ці датчики використовуються для моніторингу додатків і дбайливої взаємодії з навколишнім середовищем. Він розділений на дві категорії: сенсори дотику та сили.
Сенсорні датчики
Датчики дотику в робототехніці, також відомі як контактні датчики, — це пристрої, які можуть виявляти та відчувати дотик датчика або об’єкта. Часто використовуються мікроперемикачі, кінцеві вимикачі та інші невеликі пристрої. Більшість цих датчиків використовуються роботами, щоб уникати перешкод. Коли ці датчики виявляють перешкоду, робот отримує завдання, яке можна змінити, повернути, увімкнути, зупинити тощо.
Датчики сили
Датчики сили в робототехніці використовуються для обчислення сил, задіяних у різних функціях робота, таких як завантаження й розвантаження машини, управління матеріалами тощо. Цей датчик також покращить процес складання для усунення несправностей. Датчик моменту сили дає роботизовані руки відчуття виконання завдання зі складання; внутрішні датчики стану використовуються для вимірювання кінцевого ефектора.
Датчики температури
Джерело: Pinterest
Датчики температури в робототехніці вимірювати зміни тепла/температури в середовищі, де вони працюють. Він працює на концепції зміни різниці напруги при зміні температури; ця зміна напруги забезпечує еквівалентну температуру навколишнього середовища. Температура повітря, температура поверхні та температура занурення — це все застосування для визначення температури.
Датчики навігації та позиціонування
Джерело: Pinterest
Датчики позиціонування в робототехніці використовуються для оцінки позиціонування робота. GPS є найпоширенішим датчиком позиціонування (система глобального позиціонування). Супутники, що обертаються навколо нашої планети, надсилають сигнали, які сприймаються та обробляються роботом-приймачем. Обчисліть приблизне положення та швидкість робота, використовуючи проаналізовані дані. До трьох найпоширеніших навігаційних датчиків належать:
GPS
Глобальна система позиціонування (GPS) є найпоширенішим датчиком позиціонування. Супутники, що обертаються навколо нашої планети, надсилають сигнали, які приймаються та обробляються приймачем робота. Оброблені дані можна використовувати для розрахунку приблизного положення та швидкості робота.
Ці Системи GPS неймовірно корисні для роботів на вулиці, але вони неефективні в приміщенні. Зараз вони також дорожчі, але якщо ціни на них впадуть, незабаром ви побачите більшість роботів, оснащених модулем GPS.
Цифровий магнітний компас
Подібно до портативного магнітного компаса, цифровий магнітний компас використовує магнітне поле землі для вимірювання напрямку, спрямовуючи вашого робота у відповідному напрямку для досягнення мети. Ці датчики дешевші, ніж GPS-модулі, однак, якщо вам потрібні і позиційний зворотний зв’язок, і навігація, компас слід використовувати в поєднанні з GPS-модулем.
Локалізація
Завдання автономного визначення місця розташування робота в складному середовищі відоме як локалізація. Для визначення місцезнаходження використовуються зовнішні елементи, звані орієнтирами, які можуть бути як спеціально розміщеними, так і природними орієнтирами. Штучні маркери або маяки розміщуються навколо робота на першому етапі, і датчик робота записує ці сигнали, щоб визначити його точне місцезнаходження.
Датчики прискорення
Джерело: Pinterest
Датчики прискорення в робототехніці - це пристрої, які вимірюють прискорення та нахил робота. Акселерометр на нього діють два види сил:
Статична сила – сила, яка існує між будь-якими двома об’єктами. Ми можемо визначити, наскільки робот нахиляється, виявляючи його силу тяжіння. Цей параметр корисний для балансування роботів або оцінки того, чи рухається робот у гору чи вниз.
Динамічна сила – швидкість, з якою потрібно переміщати об’єкт. Швидкість/швидкість, з якою рухається робот, визначається шляхом вимірювання динамічної сили за допомогою акселерометра.
Інші роботизовані датчики
Джерело: Unsplash
Зараз доступні сотні датчиків, які можуть відчувати практично все, що ви можете собі уявити, і майже важко перерахувати їх усіх. Крім перерахованих вище, існує безліч інших датчиків, які використовуються для певних завдань. Розглянемо такі умови:
Датчики вологості використовуються для визначення кількості вологи в повітрі. Вологомісткість
Датчики газу призначені для виявлення певних газів.
Потенціометри надзвичайно універсальні і можуть використовуватися в широкому діапазоні застосувань.
Датчики магнітного поля вимірюють силу магнітного поля, яке їх оточує
Висновок
Пару фоторезисторів або інфрачервоний датчик можна використовувати, щоб зробити простого робота, що уникає перешкод. Чим складнішим стає ваш робот, тим більше він матиме датчиків. Одна операція може вимагати використання кілька датчиків, або кілька робіт можуть бути виконані одним датчиком.
Іноді завдання можна виконати за допомогою будь-якого з кількох доступних датчиків. Виходячи з доступності, доступності та зручності використання, виберіть ідеальний датчик. Однак є також можливість придбати a роботизована рука з датчиком додається до нього виробником. Це в ідеалі економить ваші витрати на покупку кожного окремого.