Diverse tecnologie di sensore chiave che svolgono un ruolo importante nei robot di oggi includono sensori di posizione magnetica, sensori di presenza, sensori di gesti, sensori di forza e coppia, sensori ambientali e sensori di gestione dell'alimentazione.
Sensori di posizione magnetica
I circuiti integrati del sensore di posizione angolare magnetica (IC) sono una delle tecnologie di sensori più utilizzate nei robot di consumo, professionisti del servizio, sociali e persino industriali oggi. Oggi, quasi tutte le articolazioni di un robot di consumatore, professionista o sociale utilizzano due o più sistemi di sensore di posizione angolare magnetica.
Per ogni asse di movimento o rotazione dell'articolazione, viene utilizzato almeno un sensore di posizione angolare magnetica. Molti dei robot di oggi usano piccoli ma potenti motori DC Brushless (BLDC) per spostare le articolazioni e gli arti del robot. Per guidare correttamente i motori, è necessario un feedback della posizione del motore.
Inoltre, il controllo del motore a circuito chiuso dei giunti robot richiede anche un feedback della posizione dell'angolo di ingranaggio articolare. Pertanto, per le articolazioni del robot, sono richiesti due sensori di posizione angolare magnetica su ciascun asse di movimento e il sensore del sensore di posizione angolare magnetica può fornire un feedback di commutazione motoria al controller motorio articolare.
Braccio robotico con sensore di posizione magnetica
Ad esempio, un totale di quattro sensori di posizione magnetica vengono utilizzati per una caviglia robot che richiede un movimento assiale sia nel campo che nel rollio. Avendo questo tipo di connessioni multiple per articolazione e riconoscendo il gran numero di articolazioni richieste per la maggior parte dei robot, è chiaro il motivo per cui i sensori di posizione angolare magnetica sono così prolifici negli ultimi prodotti robotici di oggi.
Sensori di presenza
Oggi, diverse tecnologie dei sensori di presenza sono integrate nei robot di oggi e le loro informazioni sono fuse per fornire un rilevamento della visione spaziale robotica, nonché il rilevamento e l'evitamento degli oggetti. Le telecamere di visione stereo 2D e 3D si trovano comunemente in molti dei nuovi robot di servizio di consumo e professionali di oggi.
Tuttavia, anche nuove tecnologie di sensori avanzate come i sensori del tempo di volo, inclusi il rilevamento della luce e i sensori a distanza (LIDAR), vengono sempre più distribuiti in robot. Lidar fornisce una mappatura 3D ad alta risoluzione dello spazio in cui il robot è in funzione e il suo circostante in modo che possa eseguire meglio le attività e muoversi.
Mappatura lidar
Allo stesso modo, i sensori ad ultrasuoni sono usati per il rilevamento della presenza. Come le loro controparti nelle automobili utilizzate per i sistemi di allarme di sicurezza quando sono in attesa, i sensori ad ultrasuoni nei robot vengono utilizzati per rilevare gli ostacoli vicini e impedire loro di schiantarsi contro pareti, oggetti, altri robot e tra gli esseri umani.
Inoltre, possono svolgere un ruolo nei robot che svolgono importanti compiti funzionali. Pertanto, i sensori ad ultrasuoni svolgono un ruolo importante nella navigazione a campo vicino e nella prevenzione degli ostacoli, fornendo in definitiva prestazioni e sicurezza complessive di robot.
Tuttavia, i sensori ad ultrasuoni hanno una gamma limitata, che va da circa un centimetro a diversi metri e un cono di orientamento massimo di circa 30 gradi. Sono relativamente economici e offrono una buona accuratezza a distanza ravvicinata, ma la loro precisione diminuisce con l'aumentare dell'intervallo e dell'angolo di misurazione.
Sono anche sensibili alle variazioni di temperatura e pressione e alle interferenze da altri robot di prossimità che utilizzano sensori ad ultrasuoni sintonizzati sulla stessa frequenza. Tuttavia, se utilizzati in combinazione con altri sensori di presenza, possono fornire informazioni sulla posizione utili e affidabili.
Quando i dati di tutti questi sensori di presenza (telecamere 2D/3D, LIDAR e ultrasuoni) sono fusi insieme, poiché ora stiamo iniziando a vedere in robot di servizio di consumo/professionisti di fascia alta e robot industriali, questi robot sono in grado di raggiungere spaziali consapevolezza e muoversi e svolgere compiti più complessi senza danneggiare se stesse, le persone o l'ambiente circostante.
Sensori di gesti
I sensori di gesti sono anche sempre più integrati in alcuni dei robot più sofisticati di oggi per aiutare a fornire comandi di interfaccia utente. La tecnologia dei sensori di gesto comprende sensori ottici e sensori di banda del braccio di controllo indossato dall'operatore robot.
Usando sensori di gesti a base ottica, i robot possono essere addestrati per riconoscere specifici movimenti delle mani ed eseguire determinate attività in base a gesti specifici o movimenti delle mani. Questi tipi di sensori di gesti offrono molte opportunità in casa o in ospedale per le persone con disabilità e capacità di comunicazione limitate, nonché in fabbriche intelligenti.
Usando i sensori controllati da braccio, chi lo indossa può comunicare e controllare i robot collaborativi, industriali, medici o militari per eseguire e/o imitare alcuni compiti in base a come l'operatore si muove e gestisce il suo braccio. Ad esempio, un chirurgo che indossa sensori della fascia da braccio su ciascun braccio può controllare una coppia di bracci robot di telemedicina per eseguire un intervento chirurgico, probabilmente lontano quanto l'altro lato del globo.
Sensori di forza di forza
I sensori di forza di forza sono anche sempre più utilizzati nei robot di prossima generazione di oggi. I sensori di forza di forza non sono usati solo negli effetti finali e nei pinze di robot, ma ora sono anche usati in altre parti del robot, come il busto, le braccia, le gambe e la testa. Questi sensori di coppia di forza specializzati vengono utilizzati per monitorare i movimenti di velocità degli arti, rilevare ostacoli e fornire avvisi di sicurezza al processore centrale del robot.
Ad esempio, quando un sensore di coppia di forza in un braccio robot rileva una forza improvvisa e inaspettata a causa del braccio che colpisce un oggetto, il suo software di sicurezza di controllo può far smettere di muoversi e ritirarsi nella sua posizione.
Il sensore di coppia di forza viene anche utilizzato in combinazione con sensori di presenza e altri sensori di monitoraggio della sicurezza, come i sensori ambientali, per fornire capacità di monitoraggio delle aree sicure.
Sensori ambientali
Una varietà di sensori ambientali si stanno anche facendo strada nella robotica industriale e consumer. Sensori ambientali in grado di rilevare COV (composti organici volatili) per quanto riguarda la qualità dell'aria, i sensori di temperatura e umidità, sensori di pressione e persino sensori in grado di rilevare l'illuminazione. Questi sensori non solo aiutano a garantire che i robot possano continuare a funzionare in modo efficiente e sicuro, ma anche a rendere i locali dei robot consapevoli delle condizioni ambientali non sicure.
Sensori di gestione dell'alimentazione
I sensori di gestione dell'alimentazione sono anche integrati nei robot automatizzati di oggi per aiutare a estendere il tempo operativo del robot tra le cariche e per garantire che le batterie agli ioni di litio, le batterie più comuni utilizzate nei robot automatizzati di oggi, non siano sovraccaricate o drenate durante l'uso. Vedi la Figura 4. 0.
I sensori di gestione dell'alimentazione sono anche utilizzati nelle aree di regolamentazione della tensione, nonché nella gestione di energia e termica dei motori articolari robot. Tutta l'elettronica robotica di bordo, come microprocessori, sensori e attuatori, richiede alimentatori a catena a basso rumore e regolamentazione per garantire che funzionino in modo efficiente e corretto.
Le ultime soluzioni di sensori per la gestione dell'energia robotica includono il conteggio di Coulomb per lo scarico e la carica della batteria, i sensori di monitoraggio di surriscaldamento accurati e affidabili per i regolatori di tensione e i sensori di corrente nei dispositivi di gestione della batteria.
Grazie all'integrazione e alla fusione di tutte queste nuove tecnologie di sensori, gli ultimi robot di oggi possono operare in modo più indipendente e sicuro. Inoltre, grazie a significativi miglioramenti nella potenza di calcolo, software e intelligenza artificiale e lavorando in concerto con queste nuove tecnologie di sensori, questi robot di prossima generazione possono essere adattati più facilmente a una vasta gamma di requisiti di applicazione.
Inoltre, possono svolgere compiti in modo più accurato e più veloce dei loro predecessori. Infine, possono operare e lavorare in modo più indipendente, collaborativo e sicuro con gli esseri umani in una più ampia gamma di ambienti domestici, aziendali e di produzione.