Sensores robóticos: 7 datos importantes que debe saber

¿Qué son los sensores de robot? | Robótica guiada por sensor

Robot Los sensores son los sensores que utiliza un robot para comunicarse con su entorno al calcular las cantidades físicas a su alrededor. Los sensores funcionan según la teoría de la transducción, que implica la conversión de energía de una forma a otra y un controlador procesa los datos detectados, lo que permite que el robot actúe. Robot Sensors también realiza un seguimiento de la condición de un robot junto con su situación circundante.

Como se mencionó anteriormente, los sensores de robot se utilizan para evaluar la condición de un robot y su entorno. Para permitir un comportamiento aceptable, estas señales se transfieren a un controlador. Los sensores robóticos siguen el modelo de los roles de los órganos sensoriales humanos. Para funcionar correctamente, los robots necesitan mucho conocimiento sobre su entorno.

¿Por qué los sensores son importantes para los robots?

Los sensores de robot pueden ser de naturaleza mecánica, química o eléctrica y cada una de las operaciones de los sensores se basa en el principio de transducción, que transfiere energía de un tipo a otro. Los sensores del robot permiten que el robot responda a su entorno de manera flexible. Los robots pueden ver y sentir con la ayuda de sensores, lo que les permitirá realizar tareas más complejas.

Los sensores de robot rastrean la salud de los robots y su entorno, enviando señales electrónicas a los controladores de los robots. Se necesitan sensores para que los robots se controlen a sí mismos. Los robots necesitan conocimiento sobre la ubicación y el movimiento de sus cuerpos y partes para poder monitorear su comportamiento.

Características de los sensores en robótica

Las características de los sensores de robot nos ayudan a determinar el sensor apropiado para el robot en diversas situaciones. Algunos de los atributos esenciales de los sensores de robot se describen a continuación:

Exactitud

La precisión de un sensor se refiere a la proximidad del valor del sensor registrado al valor real. Esto a menudo se articula como una gama de valores. Por ejemplo, +/- 1 mm. Al observar la sección de calibración a continuación, a menudo podemos aumentar la precisión de los sensores del robot. Por lo tanto, la precisión es la diferencia entre la salida del sensor y el valor real, es decir, error = valor medido - valor verdadero.

Calibración

La precisión y resolución de los sensores del robot también se pueden mejorar calibrándolos. Una parte separada se ha dedicado a la resolución. La calibración es el método para comparar el rendimiento del sensor con algunas cantidades conocidas, que puede realizar un proveedor o usted, y esta información se puede utilizar para crear una ecuación que conecte estos dos.

Esta ecuación producirá mejores resultados que los valores predeterminados al procesar los datos del sensor. También debe comprender cuándo el sensor se sobrecarga (cuando supera o baja el límite de lo que puede medir) y los datos se vuelven menos confiables o sin sentido.

Resolución

Es crucial saber qué tan pequeño es el incremento que pueden detectar los sensores del robot hasta que sepamos qué tan preciso es. Un sensor de temperatura con una resolución de 5 grados, por ejemplo, no puede distinguir entre 30 y 32 grados. Como resultado, la resolución se refiere a la menor cantidad de cambio en la entrada que el sensor puede detectar e indicar de manera confiable. Por ejemplo, ¿Cuál es la resolución de una regla regular o la de Vernier Calipers?

Linealidad

Ya sea que el rendimiento de los sensores del robot sea lineal o no, esa información se vuelve útil cuando se alimenta la salida del sensor a una computadora de bajo nivel que no puede hacer muchos cálculos y diseñar la ecuación de calibración. La curva de calibración determina la linealidad. En la condición estática, la curva de referencia fija traza la amplitud o / p frente a la amplitud i / py la semejanza con una línea recta o linealidad.

repetibilidad

Una característica fundamental de los sensores del robot es que deberían dar el mismo resultado cada vez que mida las mismas condiciones. Esto proporciona la repetibilidad de los sensores.

Banda muerta e histéresis

En sistemas mecánicos como los robots, alguna inclinación en los engranajes siempre provoca un valor diferente dependiendo de la dirección del movimiento (histéresis) o una banda muerta cuando los sensores del robot no detectan algún movimiento.

Drift

El cálculo de sensores de robot específicos tiene una deriva intrínseca. Esto es particularmente cierto para los giroscopios de frecuencia. Querrá un modelo con baja deriva (cuanto menor sea la deriva, más cuesta), así como la capacidad de filtrar la salida de los sensores. Por ejemplo, el robot está parado; Se entiende que el sensor no está girando, por lo que puede ignorar el giroscopio y hacer cosas sofisticadas como ignorar el sensor y / o determinar las tasas de deriva y aplicarlas para aumentar el rendimiento del sensor.

Temperatura

La temperatura tiene dos componentes que dan cuenta de las características de los sensores del robot. La primera es la capacidad de mantener el control de la temperatura. Un problema común con muchos sensores es si el valor del sensor se desvía / cambia a medida que cambia la temperatura o no. También hay dos secciones de la segunda especificación de temperatura:

1. Temperatura utilizable: ¿Cuáles son los rangos de temperatura mínima y máxima del sensor?
2. Temperatura de almacenamiento: ¿Cuál es la temperatura más baja / más alta que pueden tener los sensores hasta que se dañan?

Campo de visión (FOV)

El FOV (campo de visión) es una especificación crítica que indica qué área (generalmente angular) pueden ver los sensores del robot. Los componentes horizontal (hFOV) y vertical (vFOV) se mencionan con frecuencia. Por ejemplo, 70 × 30 grados representan hFOV x vFOV respectivamente.

Tamaño del punto

Se trata principalmente de láseres, pero saber qué tan grande es el tamaño del punto a una distancia determinada es significativo (el punto se agranda con el espacio). Este tamaño de la mancha es fundamental para decidir el tamaño de los elementos que se pueden ver. Para ver a través del polvo, la lluvia y la nieve, el tamaño de la mancha pequeña es esencial. Se puede usar una escala de puntos horizontal y vertical para expresar esto. Es común que el fabricante de sensores de robot solo publique uno de los dos valores porque el otro es más grande.

Formulario de salida

Uno debe comprender la forma de salida del sensor. Para la salida analógica, por ejemplo, es posible que desee saber cuál es el rango de voltaje o resistencia. Si la producción está en una etapa superior, asegúrese de tener la entrada adecuada. 4-20 mA, voltaje, USB, ethernet, serial y CAN son todos tipos de salida comunes. Tenga en cuenta que las cámaras gigabit ethernet a menudo utilizan un paquete gigante (MTU grande) que es incompatible con los estándares inalámbricos 802.11 y requiere un enlace por cable.

Fuerza

Es necesario saber cuánta energía consumen los sensores del robot y qué rango de voltaje puede aceptar para alimentar el sistema correctamente. Algunos sensores de robot tendrán un amplio rango, mientras que otros solo necesitarán un DC-DC para un voltaje de entrada estrictamente controlado.

Fiabilidad

La confiabilidad es un parámetro complejo de evaluar para sensores de robot. Varios factores influyen en la fiabilidad. ¿El programa está bien desarrollado y es sólido? ¿Es el sensor robusto en términos de resistencia física? ¿Está bien construido? ¿Existe alguna seguridad eléctrica (diodos de protección, fusibles, etc.)? ¿Están los conectores en buen estado? ¿Se van a caer los conectores? ¿Es resistente al agua? ¿Tiene un sello a prueba de polvo? La lista de tales preguntas nunca puede quedarse corta.

¿Cómo se clasifican los sensores? | Tipos de sensores de robot

Sensores propioceptivos y exteroceptivos en robótica

La clasificación principal de los sensores del robot se realiza en función de la ubicación del estímulo.

Sensores propioceptivos | Sensores internos en robótica

Los sensores propioceptivos (PC) proporcionan al robot un sentido de sí mismo. Calculan los valores internos del sistema del robot, como el ángulo de la articulación, la posición de la rueda, el nivel de la batería, etc.

Sensores exteroceptivos | Sensores externos en robótica

Los sensores que proporcionan conocimiento sobre el estado externo, como las observaciones del entorno y sus objetos, se conocen como exteroceptivos (EC).

Sensores activos y pasivos en robótica

Otro conjunto de clasificación se basa en la forma de disipación de energía:

Sensores activos en robótica

Los sensores activos, como los sensores basados ​​en radar, funcionan emitiendo radiación (A).

Sensores pasivos en robótica

Los sensores pasivos son sensores que obtienen energía de forma pasiva, como una cámara (P).

Diferentes tipos de sensores utilizados en Robots | Sensores y transductores de robot

Algunos de los sensores de robot estándar se pueden clasificar en propioceptivos y exteroceptivos, y activos y pasivos, respectivamente, como se indica en la siguiente tabla:

¿Cómo usan los robots los sensores? | ¿Qué problemas pueden resolver los robots usando sensores? ?

Aplicaciones de sensores en robótica

Los robots, a diferencia de los humanos y los animales, carecen de sentidos naturales. Los ingenieros deberán desarrollarlos como sensores para robots. Los robots utilizan sensores para crear una visión del mundo en el que se encuentran. LIDAR es un ejemplo de un sensor utilizado en algunos robots (detección de luz y rango).

LiDAR es un dispositivo de medición de distancia que emplea un láser. Los láseres iluminan los objetos en la atmósfera y luego los reflejan. El robot usa estos reflejos para construir un mapa de su entorno. LiDAR le dice a los robots lo que está sucediendo en su entorno y dónde está.

¿Qué sensores se utilizan en los robots?

Tipos de sensores de visión utilizados en robótica »Wiki Ùtil Robótica Sensores Visuales

Los sensores de visión utilizan imágenes para evaluar la presencia, orientación y precisión de los objetos cercanos. La adquisición y el procesamiento de imágenes se combinan en sensores de visión, y las inspecciones multipunto se pueden realizar con un solo sensor. Los datos también se intercambian entre la cámara de video y la unidad de procesamiento de la computadora a través de sensores de visión. Los sensores de visión monocromática y en color son las dos formas de sensores de visión.

Las cámaras son necesarias para que los robots atraviesen el entorno y eviten chocar con objetos cercanos porque son sensores que capturan y analizan datos. Imágenes 2D, detección 3D, ultrasonidos e infrarrojos son ejemplos de tecnología de cámara.

Imágenes 2D

Las cámaras digitales se parecen a las cámaras de película en apariencia, pero se basan en conceptos científicos muy diferentes. Una cámara digital, a diferencia de un televisor, que crea imágenes por píxeles, captura fotones y los convierte en señal eléctrica, que se puede procesar como número. El CCD y CMOS son los dos tipos de cámaras digitales bidimensionales.

Detección 3D

La detección 3D es una herramienta eficaz para la navegación de robots, ya que proporciona datos sobre el volumen, la forma, la ubicación, la orientación y la distancia de un objeto. Diferentes procesos, como visión estéreo, luz organizada y triangulación láser, pueden producir datos 3D.

Ultrasónico

Las cámaras ultrasónicas, también conocidas como cámaras sonar, calculan el lapso de tiempo entre la transmisión y la detección de ondas sonoras para determinar la distancia entre la cámara y un objeto. También se pueden detectar otros sensores ultrasónicos o robots con sensores ultrasónicos usando cámaras ultrasónicas.

Robot sensor de infrarrojos

Los sensores infrarrojos del robot detectan los rayos infrarrojos (IR) emitidos por un objeto. También pueden usar luz IR para proyectar hacia un objeto objetivo y recibir la luz reflejada para determinar su distancia o proximidad. Los sensores infrarrojos son rentables y pueden rastrear la luz infrarroja en un área amplia. También funcionan en tiempo real. Son mejores que los sensores ultrasónicos para describir el borde de un objeto y distinguir una cosa de otra.

Sensor de infrarrojos trabajando en robot seguidor de línea

Sensores de navegación de robot

En la navegación óptica o basada en visión, un algoritmo de visión por computadora y sensores de robot óptico, como telémetros basados ​​en láser y cámaras fotométricas con matrices CCD, se utilizan para extraer las características visuales requeridas para la localización en el mundo circundante, aunque existen otras variedades de sistemas de navegación basados ​​en visión y técnicas de localización. Los siguientes son los componentes críticos de cada método:

• Representaciones del mundo natural
• Modelos para detectar
• Algoritmos de localización

La forma más sencilla de hacer que un robot vaya a una ubicación específica es dirigirlo simplemente. Esto se puede lograr de varias maneras, incluido enterrar un bucle inductivo o imanes en el piso, dibujar líneas en el piso o insertar balizas, marcadores o códigos de barras en el entorno. En escenarios industriales, estos vehículos guiados automatizados (AGV) se utilizan para tareas de transporte. Los robots pueden navegar en interiores utilizando sistemas de posicionamiento en interiores basados ​​en IMU.

También se han desarrollado sistemas de navegación basados ​​en sonar. Los robots también pueden utilizar la navegación por radio para evaluar su ubicación. El controlador de vuelo a bordo utilizó GPS para la navegación y la estabilización, y los sistemas de aumento basados ​​en satélites (SBAS) y los sensores de altitud, como los sensores de presión barométrica, se utilizan a menudo para las mediciones y los sensores inerciales se utilizan en algunos sistemas de navegación de robots aerotransportados. Los sistemas de posicionamiento acústico submarino pueden dirigir vehículos submarinos autónomos.

Sensores de fuerza en robótica

Sensor de fuerza del brazo robótico

Los sensores de fuerza se utilizan para detectar fuerzas entre la base del sensor y la capa de detección. Los sensores FT, o sensores de fuerza-par, detectan tanto fuerzas como pares. Por lo general, se montan justo antes del efector final en un brazo de robot. Los sensores se pueden utilizar en una amplia gama de aplicaciones y hay sensores de presión analógicos económicos hasta los sensores FT de 6 ejes más populares.

Dado que no son sensores táctiles, no se pueden utilizar para detectar fuerzas de deslizamiento. Sin embargo, pueden usarse para detectar energía. Dada la variedad de sensores de fuerza disponibles como se indica a continuación, decidir cuál necesita puede ser difícil.

• Sensor de presión simple.
• Sensor piezoeléctrico.
• Sensor basado en galgas extensométricas.
• Sensores FT capacitivos.
• Sensores de fuerza flexibles capacitivos y resistivos.

Sensor de temperatura en robótica

Los sensores de temperatura se utilizan para detectar cambios en la temperatura ambiente y se basa en la idea de que un cambio de voltaje tendría el mismo valor de temperatura que el entorno para un cambio de temperatura. TMP35, TMP37, LM34, LM35 y otros son algunos de los circuitos integrados de sensores de temperatura más utilizados.

¿Qué sensores tiene un robot industrial?

Los sensores visuales 2D, los sensores visuales 3D, el sensor de fuerza o par y los sensores de detección de colisiones son los sensores más utilizados para los robots industriales. Algunos de estos se explican de la siguiente manera:

Sensor de visión 2D

Un bidimensional sensor de visión es una cámara que puede rastrear objetos en movimiento y ubicar piezas en una cinta transportadora, entre otras cosas. Esto es capaz de detectar y ayudar al robot a determinar su ubicación, y el robot puede cambiar su movimiento en consecuencia en función de la información obtenida.

Sensor de visión 3D

Para detectar la tercera dimensión del objeto, el dispositivo de visión 3D debe tener dos cámaras o escáneres láser en diferentes ángulos. La selección y colocación de piezas, por ejemplo, requiere el uso de tecnología de visión 3D para identificar objetos y producir imágenes 3D, así como el análisis y selección del mejor proceso de selección.

Sensor de fuerza | Sensores de par en robótica

Si el sensor visual proporciona ojos al robot, el sensor de fuerza / par proporciona al robot un sentido del tacto. El robot detecta la fuerza del efector final mediante sensores de fuerza / par. En la mayoría de las situaciones, el sensor de fuerza / torsión se coloca entre el robot y el dispositivo, lo que permite al robot rastrear todas las fuerzas que se transmiten al dispositivo.

Sensor de detección de colisiones

Este sensor está disponible en una variedad de formas y tamaños, y su propósito principal es proporcionar un entorno de trabajo seguro para los operadores, que los robots colaborativos más necesitan.

¿Qué sensores tienen los robots de asistencia?

Un robot de asistencia es una computadora que puede sentir, procesar y realizar actos en la vida cotidiana de personas con discapacidades y adultos mayores. El uso más popular de los sensores de robot es el uso de un sonar ultrasónico para ayudar a las personas ciegas. Durante años, los robots han utilizado sonares ultrasónicos como sistema de medición.

Sensor de rango en robótica | Robot con sensor de proximidad

Los sensores de rango se utilizan para determinar la distancia entre el objeto y el lado del robot. Su rango operativo es limitado. El procesamiento visual se utiliza para calcular la distancia. Los robots usan sensores de alcance para navegar y evitar obstáculos en su camino. Las aplicaciones especiales de los sensores de rango son determinar la posición y las características generales de forma del componente en el área de trabajo del robot. La fuente de iluminación en estas situaciones puede ser una fuente de luz, un rayo láser o ultrasónico.

Sensores de posición en robótica

Cualquier sensor que mide la ubicación de un objeto para su uso en aplicaciones de control se denomina sensor de posición. Tienen una amplia gama de sensores y tienen una variedad de aplicaciones, que van desde la robótica hasta las máquinas de resonancia magnética. Este es uno de los sensores más poderosos y se usa en casi todos los vehículos autónomos que se mueven.

Tanto el movimiento rotativo como el lineal se pueden medir utilizando sensores de posición. Se pueden utilizar para calcular la ubicación absoluta o relativa. Los motores sin escobillas están controlados por sensores giratorios, que a menudo realizan un seguimiento de las áreas angulares de varios dispositivos mecánicos en el sistema. Los codificadores de motor son sensores que se utilizan en robótica para realizar un seguimiento de la ubicación en un disco circular, convirtiendo la posición en pulsos eléctricos que una entidad de control puede utilizar.

Control de posición del brazo robótico

Seis servomotores individuales son capaces de mover cada articulación en un robot típico de seis ejes. Se utiliza un codificador de motor en la parte posterior de estos servomotores para mantener la posición. Para realizar un seguimiento de las rotaciones producidas por el servomotor, un codificador de motor utiliza cortes en un disco. Estos cortes producen pulsos de luz, que luego se convierten en pulsos eléctricos.

Sensor de posición óptico en robótica

Los sensores ópticos se utilizan para rastrear, contar y posicionar piezas sin usar ningún toque. Se encuentran disponibles sensores ópticos internos o externos. Los sensores internos se usan generalmente para medir curvas y otros cambios sutiles de dirección, mientras que los sensores externos recolectan y transmiten una cantidad específica de luz.

Sensores de velocidad en robótica

Un sensor de velocidad o velocidad toma varias medidas de posición a intervalos regulares y calcula la tasa de cambio en los valores de posición a lo largo del tiempo. Uno de los sensores de velocidad esenciales utilizados en robótica es el tacómetro.

Tacómetro

El tacómetro es uno de los dispositivos más críticos para proporcionar retroalimentación de velocidad. También se utiliza como cuentarrevoluciones y medidor de revoluciones. En un motor, se usa un tacómetro para medir la velocidad de rotación de un eje. En una unidad analógica, la salida se muestra como RPM (revoluciones por minuto).

Sensores de aceleración en robótica

La aceleración y la inclinación se miden mediante un sensor de aceleración, un dispositivo que mide la aceleración se conoce como acelerómetro. La fuerza estática y la fuerza dinámica son los dos tipos de fuerzas que influyen en un acelerómetro.

• Fuerza estática Es la fuerza de fricción que existe entre dos cosas. Podemos calcular cuánto se inclina el robot calculando la fuerza gravitacional. Este cálculo ayuda a equilibrar el robot o decidir si se mueve cuesta arriba o sobre una superficie plana.
• Fuerza dinámica- Se refiere a la cantidad de fuerza necesaria para mover un objeto. La velocidad / rapidez de un robot se puede determinar midiendo la fuerza dinámica con un acelerómetro.

Sensores de robot aspirador

Los robots aspiradores utilizan varios sensores para detectar obstáculos y monitorear su progreso y descubrir nuevas áreas para explorar y estos sensores del robot aspirador activan respuestas programadas, que deciden cómo debe reaccionar el robot si enfrenta algunos obstáculos.

Sensores de obstáculos

Para trabajar en un entorno doméstico, existen diferentes obstáculos como sillas y patas de mesa, sofás, soportes de otros electrodomésticos y juguetes callejeros, etc. En los sensores de la aspiradora instalados en los parachoques amortiguadores le permiten sortear estos obstáculos de manera eficiente sin disminuir hacia abajo y este sensor se activará cuando el parachoques choca con una barrera, y el robot recibe instrucciones automáticas para que gire y se aleje.

Sensores de acantilado

Las escaleras son quizás el obstáculo más peligroso para las aspiradoras robotizadas; una caída podría dañar la aspiradora y cualquier objeto que se interponga en su camino. Como resultado, todas las aspiradoras robotizadas deben tener sensores de desnivel como característica de seguridad. Utilizan señales infrarrojas para calcular la distancia a la superficie del suelo de forma continua.

Sensores de pared

De hecho, les ayudan a detectar paredes utilizando luz infrarroja para que puedan seguirlas. Esto les permite limpiar los bordes de la pared donde se encuentra con el piso. La mejor parte es que pueden hacerlo sin rayar la pared, como hacemos a veces con las aspiradoras de pie.

Sensores de ruedas

La rotación de la rueda de un robot aspirador se mide mediante sensores de luz. Calculará qué tan lejos ha viajado usando este número y la circunferencia de la rueda.

¿Qué es el sensor táctil en robótica?

El sensor táctil utilizado en robótica también se denomina sensor táctil. Para obtener más información al respecto, haga clic aquí.

Sensores utilizados en soldadura robótica

Para aprender sobre los sensores de robot utilizados en la soldadura robótica. haga clic aquí.

Robótica de fusión de sensores

Muchas industrias y entornos están experimentando un aumento en la demanda de robots rígidos y multipropósito que son fáciles de configurar. Los robots ahora necesitan sensores para la conciencia contextual e interfaces intuitivas para facilitar su uso. Algunas aplicaciones, por ejemplo, pueden utilizar el reconocimiento de gestos para manipular un dispositivo físico.

Al mismo tiempo, la protección de IoT, el bajo consumo de energía, la seguridad y la confiabilidad son requisitos estrictos. Esto a menudo implica el uso de sensores para monitorear la corriente eléctrica, la temperatura y otras variables para garantizar que un sistema funcione de manera eficiente y segura. En un futuro próximo, la robótica aumentará el número de motores y la versatilidad del entorno, y se verán más robots colaborativos en todo el mundo. La cantidad de sensores utilizados por los robots aumentará a medida que se diseñen más sistemas de control y configuraciones.

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Esha Chakraborty

Tengo experiencia en Ingeniería Aeroespacial, actualmente trabajando en la aplicación de la Robótica en la Defensa y la Industria de las Ciencias Espaciales. Soy un aprendiz continuo y mi pasión por las artes creativas me mantiene inclinado hacia el diseño de conceptos novedosos de ingeniería.
Con los robots sustituyendo casi todas las acciones humanas en el futuro, me gusta llevar a mis lectores los aspectos fundamentales del tema de una manera fácil pero informativa. También me gusta mantenerme actualizado con los avances en la industria aeroespacial simultáneamente.