تشمل العديد من تقنيات المستشعرات الرئيسية التي تلعب دورًا رئيسيًا في روبوتات اليوم مستشعرات الموضع المغناطيسي وأجهزة استشعار التواجد وأجهزة استشعار الإيماءات وأجهزة استشعار القوة وعزم الدوران وأجهزة الاستشعار البيئية وأجهزة استشعار إدارة الطاقة.
مستشعرات الموضع المغناطيسي
تعد الدوائر المدمجة لمستشعر المستشعر المتكامل للموضع الزاوي (ICS) واحدة من أكثر تقنيات المستشعرات المستخدمة على نطاق واسع في المستهلك والمهني والاجتماعية وحتى الصناعية اليوم. اليوم ، يستخدم كل مفصل تقريبًا في المستهلك ، والروبوت المهني أو الاجتماعي أو أكثر من مستشعرات الموضع المغناطيسي اثنين أو أكثر.
لكل محور من الحركة أو دوران المفصل ، يتم استخدام مستشعر الموضع الزاوي واحد على الأقل. تستخدم العديد من روبوتات اليوم محركات DC الصغيرة ولكن القوية بدون فرش (BLDC) لتحريك مفاصل الروبوت والأطراف. من أجل قيادة المحركات بشكل صحيح ، مطلوب ملاحظات الموضع المحرك.
بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب التحكم في محرك الحلقة المغلقة لمفاصل الروبوت أيضًا ملاحظات في موقع زاوية الترس المشترك. لذلك ، بالنسبة لمفاصل الروبوت ، هناك حاجة إلى مستشعران للموضع الزاوي المغناطيسي على كل محور من الحركة ، ويمكن أن يوفر مستشعرات الموضع الزاوي المغناطيسي ردود فعل تخفيف حركية إلى وحدة تحكم المحرك المشتركة.
ذراع روبوتي مع مستشعر الموضع المغناطيسي
على سبيل المثال ، يتم استخدام ما مجموعه أربعة أجهزة استشعار الموضع المغناطيسي لكاحل الروبوت الذي يتطلب حركة محورية في كل من الملعب والفة. من خلال امتلاك هذا النوع من الاتصالات المتعددة لكل مفصل ، والتعرف على العدد الكبير من المفاصل المطلوبة لمعظم الروبوتات ، فمن الواضح لماذا تكون أجهزة استشعار الموضع الزاوي المغناطيسي غزيرة للغاية في أحدث المنتجات الآلية اليوم.
أجهزة استشعار التواجد
اليوم ، يتم دمج العديد من تقنيات استشعار التواجد في روبوتات اليوم ويتم دمج معلوماتها لتوفير استشعار الرؤية المكانية الآلية وكذلك اكتشاف الكائنات وتجنبها. تم العثور على كاميرات الرؤية الاستريو ثنائية الأبعاد و 3D عادة في العديد من روبوتات الخدمة الاستهلاكية والمهنية الجديدة اليوم.
ومع ذلك ، يتم نشر تقنيات مستشعرات متقدمة جديدة مثل أجهزة استشعار وقت الطيران بما في ذلك الكشف عن الضوء وأجهزة استشعار (LIDAR) (LIDAR) بشكل متزايد في الروبوتات. محيط بحيث يمكنه أداء المهام بشكل أفضل والتحرك.
رسم الخرائط LIDAR
وبالمثل ، يتم استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لاستشعار الوجود. مثل نظرائهم في السيارات المستخدمة في أنظمة إنذار الأمان عند وضع الاستعداد ، يتم استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في الروبوتات لاكتشاف العقبات القريبة ومنعها من الانهيار في الجدران والأشياء والروبوتات الأخرى وبين البشر.
علاوة على ذلك ، يمكنهم لعب دور في الروبوتات التي تؤدي مهام وظيفية رئيسية. وهكذا ، تلعب أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية دورًا مهمًا في التنقل القريب من المجال وتجنب العقبات ، مما يوفر في النهاية أداء الروبوت المحسّن والسلامة.
ومع ذلك ، فإن أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لها نطاق محدود ، تتراوح من حوالي سنتيمتر واحد إلى عدة أمتار ، وحد أقصى مخروط توجيه يبلغ حوالي 30 درجة. إنها غير مكلفة نسبيًا وتوفر دقة جيدة عند نطاقات قريبة ، لكن دقتها تتناقص مع زيادة النطاق وزاوية القياس.
كما أنها عرضة لتغيرات درجة الحرارة والضغط والتداخل من الروبوتات القرب الأخرى التي تستخدم أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية المضبوطة لنفس التردد. ومع ذلك ، عند استخدامها مع أجهزة استشعار التواجد الأخرى ، يمكن أن توفر معلومات مفيدة وموثوقة.
عندما يتم دمج بيانات من جميع أجهزة استشعار الوجود هذه (الكاميرات ثنائية الأبعاد/ثلاثية الأبعاد ، lidar ، والموجات فوق الصوتية) معًا ، لأننا بدأنا الآن في روبوتات الخدمة الاستهلاكية/المهنية الراقية والروبوتات الصناعية ، هذه الروبوتات قادرة على تحقيق المكاني الوعي والتحرك وأداء مهام أكثر تعقيدًا دون إتلاف أنفسهم أو الناس أو محيطهم.
أجهزة استشعار لفتة
يتم أيضًا دمج أجهزة استشعار الإيماءات بشكل متزايد في بعض الروبوتات الأكثر تطوراً اليوم للمساعدة في توفير أوامر واجهة المستخدم. تتضمن تكنولوجيا مستشعر الإيماءات أجهزة استشعار بصرية وأجهزة استشعار نطاق ذراع التحكم التي يرتديها مشغل الروبوت.
باستخدام مستشعرات الإيماءات البصرية ، يمكن تدريب الروبوتات على التعرف على حركات اليد المحددة وأداء مهام معينة بناءً على إيماءات محددة أو حركات اليد. توفر هذه الأنواع من أجهزة استشعار الإيماءات العديد من الفرص في المنزل أو المستشفى للأشخاص ذوي الإعاقة وقدرات الاتصال المحدودة وكذلك في المصانع الذكية.
باستخدام أجهزة الاستشعار التي يتم التحكم فيها عن شارة ذراعها ، يمكن للمرتدي التواصل والتحكم في الروبوتات التعاونية أو الصناعية أو الطبية أو العسكرية لأداء و/أو تقليد مهام معينة بناءً على كيفية تحرك المشغل ويشير إلى ذراعه. على سبيل المثال ، يمكن للجراح الذي يرتدي أجهزة استشعار شارة الذراع على كل ذراع التحكم في زوج من أذرع الروبوت عن بعد لإجراء عملية جراحية ، ربما بعيدًا مثل الجانب الآخر من العالم.
أجهزة استشعار القوة
تستخدم أجهزة استشعار Force-Torque أيضًا بشكل متزايد في روبوتات الجيل التالي اليوم. لا يتم استخدام أجهزة استشعار Force-Torque فقط في الآثار النهائية من الروبوتات ، ولكنها تستخدم الآن أيضًا في أجزاء أخرى من الروبوت ، مثل الجذع والذراعين والساقين والرأس. يتم استخدام أجهزة استشعار عزم دوران القوة المتخصصة لمراقبة حركات سرعة الأطراف ، واكتشاف العقبات وتوفير تنبيهات السلامة للمعالج المركزي للروبوت.
على سبيل المثال ، عندما يكتشف جهاز استشعار عزم الدوران في ذراع الروبوت قوة مفاجئة وغير متوقعة بسبب الذراع التي تضرب كائنًا ، قد يتسبب برنامج أمان التحكم في التوقف عن الانتقال والتراجع إلى وضعه.
يستخدم مستشعر عزم الدوران القوة بالاقتران مع مستشعرات التواجد وكذلك أجهزة استشعار مراقبة السلامة الأخرى ، مثل أجهزة الاستشعار البيئية ، لتوفير إمكانات مراقبة المناطق الآمنة بشكل عام.
أجهزة الاستشعار البيئية
مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار البيئية تشق طريقها إلى الروبوتات الصناعية والمستهلكين. أجهزة الاستشعار البيئية التي يمكنها اكتشاف المركبات العضوية المتطايرة (المركبات العضوية المتطايرة) فيما يتعلق بجودة الهواء ، ومستشعرات درجة الحرارة والرطوبة ، وأجهزة استشعار الضغط ، وحتى أجهزة الاستشعار التي يمكنها اكتشاف الإضاءة. لا تساعد هذه المستشعرات فقط في ضمان استمرار الروبوتات في العمل بكفاءة وأمان ، ولكن أيضًا تجعل السكان المحليين الروبوت على دراية بالظروف البيئية غير الآمنة.
مستشعرات إدارة الطاقة
يتم دمج أجهزة استشعار إدارة الطاقة أيضًا في الروبوتات الآلية اليوم للمساعدة في تمديد وقت تشغيل الروبوت بين الشحنات ولضمان أن بطاريات الليثيوم أيون ، وهي البطاريات الأكثر شيوعًا في الروبوتات الآلية اليوم ، لا يتم فرضها أو استنزافها أثناء الاستخدام. انظر الشكل 4. 0.
تستخدم أجهزة استشعار إدارة الطاقة أيضًا في مجالات تنظيم الجهد بالإضافة إلى الطاقة والحرارية لمحركات مفصل الروبوت. تتطلب جميع الإلكترونيات الآلية على متن الطائرة ، مثل المعالجات الدقيقة ، والمستشعرات ، والمشغلات ، إمدادات وتنظيم الطاقة المنخفضة الضوضاء للتأكد من أنها تعمل بكفاءة وصحيح.
تشمل أحدث حلول المستشعرات لإدارة الطاقة الآلية حساب Coulomb لتفريغ البطارية وشحنها ، ومستشعرات مراقبة ارتفاع درجة الحرارة الدقيقة والموثوقة لمنظمي الجهد ، وأجهزة الاستشعار الحالية في أجهزة إدارة البطاريات.
بفضل تكامل وتقنيات الاستشعار الجديدة هذه ، يمكن أن تعمل أحدث الروبوتات اليوم بشكل أكثر استقلالية وأمان. بالإضافة إلى ذلك ، بفضل التحسينات الكبيرة في قوة الحوسبة والبرامج والذكاء الاصطناعي ، والعمل بالتنسيق مع تقنيات المستشعرات الجديدة هذه ، يمكن تكييف هذه الروبوتات من الجيل التالي بسهولة أكبر مع مجموعة واسعة من متطلبات التطبيق.
علاوة على ذلك ، يمكنهم أداء المهام بشكل أكثر دقة وأسرع من أسلافهم. أخيرًا ، يمكنهم العمل والعمل بشكل أكثر استقلالية ، بشكل تعاوني وأمان مع البشر في مجموعة واسعة من بيئات المنزل والأعمال والتصنيع.