وفي مجال الأتمتة الصناعية، تعتمد الروبوتات على أجهزة الاستشعار لتوفير المعلومات الأساسية لتنفيذ العمليات بشكل صحيح.
يتوقع أحد التقارير أن ينمو سوق أجهزة استشعار الروبوتات الصناعية العالمية بشكل مطرد بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ حوالي 8٪ بحلول عام 2021. وبالنسبة لتطبيقات استشعار الروبوتات التي تغطي قطاعات المستهلكين والسيارات، يشير تقرير آخر صراحة إلى أن أنظمة الرؤية وحدها ستحقق سوقًا بقيمة 5.7 مليار دولار بحلول عام 2027، في حين سيتجاوز سوق مستشعرات القوة 6.9 مليار دولار.
فيما يلي أجهزة الاستشعار الأكثر استخدامًا في الروبوتات الصناعية.
أجهزة استشعار الرؤية ثنائية الأبعاد
تشير الرؤية ثنائية الأبعاد إلى كاميرا قادرة على أداء مهام مختلفة، بدءًا من اكتشاف الأجسام المتحركة وحتى تحديد موقع الأجزاء على سيور النقل. يمكن للعديد من الكاميرات الذكية اكتشاف الأجزاء ومساعدة الروبوتات في تحديد مواقعها، مما يمكّن الروبوتات من ضبط تحركاتها بناءً على المعلومات الواردة.
أجهزة استشعار الرؤية ثلاثية الأبعاد
تتطلب أنظمة الرؤية ثلاثية الأبعاد وجود كاميرتين أو ماسحات ضوئية ليزرية موضوعة بزوايا مختلفة لاكتشاف البعد الثالث لجسم ما. على سبيل المثال، يستخدم انتقاء الأجزاء تقنية الرؤية ثلاثية الأبعاد لاكتشاف الأشياء وإنشاء صور ثلاثية الأبعاد-وتحليلها وتحديد طريقة الإمساك المثالية.
مجسات القوة / عزم الدوران
إذا كانت أجهزة استشعار الرؤية تزود الروبوتات بالعيون، فإن أجهزة استشعار القوة/عزم الدوران تمنحها إدراكًا ملموسًا. تستخدم الروبوتات هذه المستشعرات لاستشعار القوة التي تمارسها مؤثراتها النهائية. يتم وضعها عادةً بين الروبوت والقابض، وتضمن مستشعرات القوة/عزم الدوران مراقبة جميع القوى المطبقة على القابض بواسطة الروبوت.
تعمل مستشعرات القوة/عزم الدوران على تمكين تطبيقات مثل التجميع والتوجيه اليدوي والتدريس وتحديد القوة.
حساسات كشف الاصطدام
تأتي هذه المستشعرات في أشكال مختلفة، وهي مصممة بشكل أساسي لتزويد المشغلين ببيئة عمل آمنة-تعتمد عليها الروبوتات التعاونية بشكل أكبر.
تعمل بعض أجهزة الاستشعار كأنظمة التعرف عن طريق اللمس، حيث تكتشف الضغط من خلال الأسطح الناعمة وترسل إشارات للحد من حركة الروبوت أو إيقافها.
ويمكن دمج الآخرين مباشرة في الروبوت. تستخدم بعض الشركات ردود فعل مقياس التسارع، بينما تستخدم شركات أخرى ردود الفعل الحالية. في كلتا الحالتين، عندما يكتشف الروبوت قوة غير طبيعية، فإنه يقوم بإيقاف الطوارئ لضمان السلامة.
لتمكين الروبوتات الصناعية من التعاون مع البشر، تتمثل الخطوة الأولى في تحديد طرق لضمان سلامة العمال. وتتخذ هذه المستشعرات أشكالًا مختلفة، بدءًا من الكاميرات وحتى أجهزة الليزر، وهي مصممة لإعلام الروبوت بما يحيط به. يمكن تكوين بعض أنظمة السلامة بحيث يتباطأ الروبوت تلقائيًا عندما يدخل شخص ما إلى منطقة/مساحة معينة. إذا استمر الشخص في الاقتراب، يتوقف الروبوت عن العمل.
أبسط مثال هو مستشعر الأمان بالليزر الموجود على أبواب المصعد. عندما يكتشف الليزر وجود عائق، تتوقف أبواب المصعد على الفور وتتراجع لمنع الاصطدام.
أجهزة استشعار أخرى
تتوفر العديد من أجهزة الاستشعار في السوق لتطبيقات متنوعة. وتشمل الأمثلة أجهزة استشعار تتبع التماس اللحام.
تكتسب أجهزة الاستشعار اللمسية أيضًا شعبية. يتم تركيب هذه المستشعرات عادة على المقابض، حيث تكتشف وتدرك طبيعة الأشياء التي تم الإمساك بها. يمكن لأجهزة الاستشعار عادة اكتشاف القوة وتحديد توزيعها، مما يكشف عن الموقع الدقيق للجسم. يتيح ذلك التحكم في موضع الإمساك والقوة التي يطبقها المستجيب النهائي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لبعض أجهزة الاستشعار اللمسية اكتشاف التغيرات في الحرارة.
تشتمل أجهزة استشعار الرؤية والقرب، المشابهة لتلك المطلوبة للمركبات ذاتية القيادة، على الكاميرات والأشعة تحت الحمراء والسونار والموجات فوق الصوتية والرادار والليدار. يمكن استخدام كاميرات متعددة في سيناريوهات معينة، خاصة للرؤية المجسمة. إن الجمع بين هذه المستشعرات يمكّن الروبوتات من تحديد الأبعاد وتحديد الأشياء وقياس المسافات.
توفر أجهزة استشعار RFID (التعرف على ترددات الراديو) رموز تعريف وتسمح للروبوتات المعتمدة بالوصول إلى معلومات إضافية.
تساعد الميكروفونات (أجهزة الاستشعار الصوتية) الروبوتات الصناعية على تلقي الأوامر الصوتية والتعرف على الأصوات غير الطبيعية في البيئات المألوفة. عند إقرانها بأجهزة استشعار كهروضغطية، يمكنها التعرف على الضوضاء الناتجة عن الاهتزاز -والتخلص منها، مما يمنع التفسير الخاطئ للأوامر الصوتية. يمكن للخوارزميات المتقدمة أيضًا تمكين الروبوتات من فهم مشاعر المتحدث.
يشكل استشعار درجة الحرارة جزءًا من التشخيص الذاتي للروبوت-، مما يساعده في تحديد المناطق المحيطة به وتجنب مصادر الحرارة الضارة المحتملة.
باستخدام أجهزة الاستشعار الكيميائية والبصرية واللونية، يمكن للروبوتات تقييم المشكلات الموجودة في بيئتها وضبطها واكتشافها.
بالنسبة للروبوتات الشبيهة بالبشر القادرة على المشي أو الجري أو حتى الرقص، يعد الاستقرار مصدر قلق كبير. فهي تتطلب أجهزة استشعار مشابهة لتلك الموجودة في الهواتف الذكية لتوفير بيانات موقعية دقيقة. تستخدم التطبيقات مستشعرات 9-درجة-من الحرية (9DOF) أو وحدات قياس القصور الذاتي (IMUs) التي تتميز بمقاييس تسارع ثلاثية المحاور، وجيروسكوبات ثلاثية المحاور، ومقاييس مغناطيسية ثلاثية المحاور.
تعد أجهزة الاستشعار مكونات مهمة لتمكين ذكاء البرامج؛ وبدونها، ستكون العديد من العمليات المعقدة مستحيلة. فهي لا تسهل المهام المعقدة فحسب، بل تضمن أيضًا أن تظل هذه العمليات خاضعة للتحكم بشكل جيد-طوال التنفيذ.