Capteurs de robot : 7 faits importants à connaître

Que sont les capteurs robotiques? | Robotique guidée par capteur

Robot Les capteurs sont les capteurs qu'un robot utilise pour communiquer avec son environnement en calculant des quantités physiques autour de lui. Les capteurs fonctionnent sur la théorie de la transduction, qui implique la conversion d'énergie d'une forme à une autre et les données captées sont traitées par un contrôleur, ce qui permet au robot d'agir. Les capteurs de robot gardent également une trace de l'état d'un robot ainsi que de sa situation environnante.

Comme mentionné précédemment, les capteurs de robot sont utilisés pour évaluer l'état d'un robot et son environnement. Pour permettre un comportement acceptable, ces signaux sont transférés à un contrôleur. Les capteurs robotiques sont calqués sur les rôles des organes sensoriels humains. Pour fonctionner correctement, les robots ont besoin de beaucoup de connaissances sur leur environnement.

Pourquoi les capteurs sont-ils importants pour les robots?

Les capteurs de robot peuvent être de nature mécanique, chimique ou électrique et chaque fonctionnement du capteur est basé sur le principe de transduction, qui transfère l'énergie d'un type à un autre. Les capteurs du robot permettent au robot de répondre à son environnement de manière flexible. Les robots peuvent voir et ressentir à l'aide de capteurs, ce qui leur permettra d'effectuer des tâches plus complexes.

Les capteurs de robot suivent la santé des robots et leur environnement, envoyant des signaux électroniques aux contrôleurs des robots. Des capteurs sont nécessaires pour que les robots se surveillent eux-mêmes. Les robots ont besoin de connaissances sur l'emplacement et le mouvement de leur corps et de leurs parties afin de surveiller leur comportement.

Caractéristiques des capteurs en robotique

Les caractéristiques des capteurs de robot nous aident à déterminer le capteur approprié pour le robot dans diverses situations. Certains des attributs essentiels des capteurs de robot sont décrits ci-dessous:

Précision

La précision d'un capteur fait référence à la proximité de la valeur enregistrée du capteur par rapport à la valeur réelle. Ceci est souvent articulé comme une gamme de valeurs. Par exemple, +/- 1 mm. En regardant la section d'étalonnage ci-dessous, nous pouvons souvent augmenter la précision des capteurs de robot. La précision est donc la différence entre la sortie du capteur et la valeur réelle, c'est-à-dire erreur = valeur mesurée - valeur vraie.

Étalonnage

La précision et la résolution des capteurs du robot peuvent également être améliorées en les calibrant. Une partie distincte a été consacrée à la résolution. L'étalonnage est la méthode de comparaison des performances du capteur avec certaines quantités connues, qui peut être effectuée par un fournisseur ou par vous et cette information peut être utilisée pour créer une équation qui relie ces deux.

Cette équation produira de meilleurs résultats que les valeurs par défaut lors du traitement des données du capteur. Vous devez également comprendre quand le capteur devient surchargé (lorsque vous dépassez ou en dessous de la limite de ce qu'il peut mesurer) et que les données deviennent moins fiables ou dénuées de sens.

Résolution

Il est crucial de savoir à quel point l'incrémentation peut être détectée par les capteurs du robot jusqu'à ce que nous sachions à quel point il est précis. Un capteur de température avec une résolution de 5 degrés, par exemple, ne peut pas faire la distinction entre 30 et 32 ​​degrés. En conséquence, la résolution fait référence à la plus petite quantité de changement dans l'entrée que le capteur peut détecter et indiquer de manière fiable., Par exemple, quelle est la résolution d'une règle régulière ou celle des pieds à coulisse à vernier?

Linéarité

Que les performances des capteurs du robot soient linéaires ou non, ces informations deviennent utiles lors de l'alimentation de la sortie du capteur vers un ordinateur de bas niveau qui ne peut pas faire beaucoup de calcul et de la conception de l'équation d'étalonnage. La courbe d'étalonnage détermine la linéarité. Dans des conditions statiques, la courbe de référence fixe trace l'amplitude o / p par rapport à l'amplitude i / p et la ressemblance avec une ligne droite ou une linéarité.

Répétabilité

Une caractéristique essentielle des capteurs du robot est qu'ils doivent donner le même résultat chaque fois que vous mesurez les mêmes conditions. Ceci assure la répétabilité des capteurs.

Bande morte et hystérésis

Dans les systèmes mécaniques comme les robots, une certaine pente dans les engrenages entraîne toujours une valeur différente selon la direction du mouvement (hystérésis) ou une bande morte lorsque les capteurs du robot ne détectent pas de mouvement.

Drift

Le calcul de capteurs de robot spécifiques a une dérive intrinsèque. Cela est particulièrement vrai pour les gyroscopes de fréquence. Vous aurez besoin d'un modèle avec une faible dérive (plus la dérive est faible, plus cela coûte cher), ainsi que la possibilité de filtrer la sortie des capteurs. Par exemple, le robot est stationnaire; il est entendu que le capteur ne tourne pas, vous pouvez donc ignorer le gyroscope et faire des choses fantaisistes comme ignorer le capteur et / ou déterminer les taux de dérive et les appliquer pour augmenter les performances du capteur.

Température

La température a deux composants qui expliquent les caractéristiques des capteurs du robot. Le premier est la capacité de maintenir le contrôle de la température. Un problème courant avec de nombreux capteurs est de savoir si la valeur du capteur dérive / change lorsque la température change ou non. Il existe également deux sections de la deuxième spécification de température:

1. Température utilisable - Quelle est la plage de température minimale et maximale du capteur?
2. Température de stockage - Quelle est la température la plus basse / la plus élevée que peuvent atteindre les capteurs jusqu'à ce qu'ils soient endommagés?

Champ de vision (FOV)

Le champ de vision (FOV) est une spécification critique qui indique la zone (généralement angulaire) que les capteurs du robot peuvent voir. Les composants horizontaux (hFOV) et verticaux (vFOV) sont fréquemment mentionnés. Par exemple, 70 × 30 degrés représentent respectivement hFOV x vFOV.

Taille du spot

Il s'agit principalement de lasers, mais il est important de savoir quelle est la taille du spot à une distance donnée (le spot s'agrandit avec l'espace). Cette taille de point est essentielle pour décider de la taille des éléments qui peuvent être vus. Pour voir à travers la poussière, la pluie et la neige, une petite taille de point est essentielle. Une échelle ponctuelle horizontale et verticale peut être utilisée pour exprimer cela. Il est courant que le fabricant de capteurs de robot ne publie que l'une des deux valeurs car l'autre est plus grande.

Formulaire de sortie

Il faut comprendre la forme de sortie du capteur. Pour la sortie analogique, par exemple, vous voudrez peut-être savoir quelle est la tension ou la plage de résistance. Si la production est à un stade plus élevé, assurez-vous que vous disposez de l'entrée appropriée. 4-20 mA, tension, USB, Ethernet, série et CAN sont tous des types de sortie courants. Gardez à l'esprit que les caméras Gigabit Ethernet utilisent souvent un paquet jumbo (grand MTU) incompatible avec les normes sans fil 802.11 et nécessitant une liaison filaire.

Puissance

Il faut savoir combien d'énergie les capteurs du robot consomment et quelle plage de tension ils peuvent accepter pour alimenter correctement le système. Certains capteurs de robot auront une large plage, tandis que d'autres n'auront besoin que d'un seul DC-DC pour une tension d'entrée étroitement contrôlée.

Fiabilité

La fiabilité est un paramètre complexe à évaluer pour les capteurs de robot. Plusieurs facteurs influencent la fiabilité. Le programme est-il bien développé et robuste? Le capteur est-il robuste en termes de résistance physique? Est-ce bien construit? Existe-t-il une sécurité électrique (diodes de protection, fusibles, etc.)? Les connecteurs sont-ils en bon état? Les connecteurs vont-ils tomber? Est-il résistant à l'eau? At-il un joint anti-poussière? La liste de ces questions ne peut jamais manquer.

Comment les capteurs sont-ils classés? | Types de capteurs de robot

Capteurs proprioceptifs et extéroceptifs en robotique

La classification principale des capteurs du robot est effectuée en fonction de l'emplacement du stimuli

Capteurs proprioceptifs | Capteurs internes en robotique

Les capteurs proprioceptifs (PC) donnent au robot une impression de soi. Ils calculent des valeurs internes au système du robot, telles que l'angle de l'articulation, la position de la roue, le niveau de la batterie, etc.

Capteurs Exteroceptive | Capteurs externes en robotique

Les capteurs qui fournissent des connaissances sur l'état externe, tels que les observations de l'environnement et de ses objets, sont appelés extéroceptifs (EC).

Capteurs actifs et passifs en robotique

Un autre ensemble de classification est basé sur le mode de dissipation de l'énergie.

Capteurs actifs en robotique

Les capteurs actifs, tels que les capteurs radar, fonctionnent en émettant un rayonnement (A).

Capteurs passifs en robotique

Les capteurs passifs sont des capteurs qui obtiennent passivement de l'énergie, comme une caméra (P).

Différents types de capteurs utilisés dans les robots | Capteurs et transducteurs de robot

Certains des capteurs de robot standard peuvent être classés en proprioceptifs et extéroceptifs, et actifs et passifs, respectivement, comme indiqué dans le tableau suivant:

Comment les robots utilisent-ils les capteurs? | Quels problèmes les robots peuvent-ils résoudre à l'aide de capteurs ?

Applications des capteurs en robotique

Les robots, contrairement aux humains et aux animaux, manquent de sens naturels. Les ingénieurs devront les développer en tant que capteurs pour robots. Les robots utilisent des capteurs pour construire une vue du monde dans lequel ils se trouvent. LIDAR est un exemple de capteur utilisé dans certains robots (Light Detection And Ranging).

LiDAR est un appareil de mesure de distance qui utilise un laser. Les lasers éclairent les objets de l'atmosphère et les reflètent ensuite. Le robot utilise ces réflexions pour construire une carte de son environnement. LiDAR indique aux robots ce qui se passe dans leur environnement et où il se trouve.

Quels capteurs sont utilisés dans les robots?

Types de capteurs de vision utilisés en robotique »wiki utile Capteurs visuels Robotique

Les capteurs de vision utilisent des images pour évaluer la présence, l'orientation et la précision des objets à proximité. L'acquisition et le traitement des images sont combinés dans les capteurs de vision, et les inspections multipoints peuvent être effectuées avec un seul capteur. Des données sont également échangées entre la caméra vidéo et l'unité de traitement informatique grâce à des capteurs de vision. Les capteurs de vision monochrome et couleur sont les deux formes de capteurs de vision.

Les caméras sont nécessaires pour que les robots traversent l'environnement et évitent d'entrer en collision avec des objets à proximité, car ce sont des capteurs qui capturent et analysent les données. L'imagerie 2D, la détection 3D, les ultrasons et l'infrarouge sont tous des exemples de technologie de caméra.

Imagerie 2D

Les appareils photo numériques ressemblent aux appareils photo argentiques en apparence, mais ils sont basés sur des concepts scientifiques très différents. Un appareil photo numérique, contrairement à un téléviseur, qui crée des images par pixels, capture les photons et les convertit en signal électrique, qui peut être traité comme un nombre. Le CCD et le CMOS sont les deux types d'appareils photo numériques bidimensionnels.

Détection 3D

La détection 3D est un outil efficace pour la navigation du robot car elle fournit des données sur le volume, la forme, l'emplacement, l'orientation et la distance d'un objet. Différents processus, tels que la vision stéréo, la lumière organisée et la triangulation laser, peuvent produire des données 3D.

Ultrasonique

Les caméras à ultrasons, également appelées caméras sonar, calculent le laps de temps entre la transmission et la détection de les ondes sonores pour déterminer la distance entre la caméra et un objet. D'autres capteurs à ultrasons ou robots porteurs de capteurs à ultrasons peuvent également être détectés à l'aide de caméras à ultrasons.

Robot capteur infrarouge

Les capteurs infrarouges du robot détectent les rayons infrarouges (IR) émis par un objet. Ils peuvent également utiliser la lumière infrarouge pour se projeter vers un objet cible et recevoir la lumière réfléchie pour déterminer sa distance ou sa proximité. Les capteurs infrarouges sont économiques et peuvent suivre la lumière infrarouge sur une large zone. Ils fonctionnent également en temps réel. Ils sont meilleurs que les capteurs à ultrasons pour décrire le bord d'un objet et distinguer une chose d'une autre.

Capteur IR fonctionnant dans un robot suiveur de ligne

Capteurs de navigation de robot

Dans la navigation basée sur la vision ou optique, un algorithme de vision par ordinateur et des capteurs optiques de robot, tels que des télémètres laser et des caméras photo-métriques avec des matrices CCD, sont utilisés pour extraire les caractéristiques visuelles nécessaires à la localisation dans le monde environnant, bien qu'il existe d'autres variétés de systèmes de navigation basés sur la vision et de techniques de localisation. Les éléments essentiels de chaque méthode sont les suivants:

• Représentations du monde naturel
• Modèles pour la détection
• Algorithmes de localisation

Le moyen le plus simple d'amener un robot à se rendre à un endroit spécifique est de le diriger simplement. Cela peut être accompli de diverses manières, notamment en enterrant une boucle inductive ou des aimants dans le sol, en dessinant des lignes sur le sol ou en insérant des balises, des marqueurs ou des codes à barres dans l'environnement. Dans les scénarios industriels, ces véhicules à guidage automatique (AGV) sont utilisés pour les tâches de transport. Les robots peuvent naviguer à l'intérieur à l'aide de systèmes de positionnement intérieur basés sur IMU.

Des systèmes de navigation basés sur sonar ont également été développés. Les robots peuvent également utiliser la navigation radio pour évaluer leur emplacement. Le contrôleur de vol embarqué utilisait le GPS pour la navigation et la stabilisation, et les systèmes d'augmentation par satellite (SBAS) et les capteurs d'altitude tels que les capteurs de pression barométrique sont souvent utilisés pour les mesures et les capteurs inertiels sont utilisés dans certains systèmes de navigation robotisés aéroportés. Les systèmes de positionnement acoustique sous-marin peuvent diriger des véhicules sous-marins autonomes.

Capteurs de force en robotique

Capteur de force du bras de robot

Les capteurs de force sont utilisés pour détecter les forces entre la base du capteur et la couche de détection. Les capteurs FT, ou capteurs force-couple, détectent à la fois les forces et les couples. Ils sont généralement montés juste avant le effecteur terminal sur un bras de robot. Les capteurs peuvent être utilisés dans une large gamme d'applications et il existe des capteurs de pression analogiques bon marché jusqu'aux capteurs FT 6 axes les plus courants.

Comme ce ne sont pas des capteurs tactiles, ils ne peuvent pas être utilisés pour détecter les forces de glissement. Cependant, ils peuvent être utilisés pour détecter la puissance. Compte tenu de la variété de capteurs de force disponibles comme indiqué ci-dessous, il peut être difficile de décider de celui dont vous avez besoin.

• Capteur de pression simple.
• Capteur piézoélectrique.
• Capteur basé sur une jauge de contrainte.
• Capteurs FT capacitifs.
• Capteurs de force flexibles capacitifs et résistifs.

Capteur de température en robotique

Les capteurs de température sont utilisés pour détecter les changements de température ambiante et sont basés sur l'idée qu'un changement de tension aurait la même valeur de température que l'environnement pour un changement de température. TMP35, TMP37, LM34, LM35 et autres font partie des CI de capteurs de température les plus couramment utilisés.

Quels sont les capteurs d'un robot industriel?

Les capteurs visuels 2D, les capteurs visuels 3D, les capteurs de force ou de couple et les capteurs de détection de collision sont les capteurs les plus largement utilisés pour les robots industriels. Certains d'entre eux expliqués comme suit:

Capteur de vision 2D

Un bidimensionnel capteur de vision est une caméra qui peut, entre autres, suivre des objets en mouvement et localiser des pièces sur un tapis roulant. Ceci est capable de détecter et d'aider le robot à déterminer leur emplacement, et le robot peut alors modifier son mouvement en conséquence en fonction des informations obtenues.

Capteur de vision 3D

Pour détecter la troisième dimension de l'objet, l'appareil de vision 3D doit disposer de deux caméras ou scanners laser à des angles différents. Le prélèvement et le placement des pièces, par exemple, nécessitent l'utilisation de la technologie de vision 3D pour identifier les objets et produire des images 3D, ainsi que l'analyse et la sélection du meilleur processus de prélèvement.

Capteur de force | Capteurs de couple en robotique

Si le capteur visuel fournit des yeux au robot, le capteur de force / couple fournit au robot une sensation tactile. La force de l'effecteur d'extrémité est détectée par le robot à l'aide de capteurs de force / couple. Dans la plupart des situations, le capteur de force / couple est placé entre le robot et l'appareil, ce qui permet au robot de suivre toutes les forces renvoyées à l'appareil.

Capteur de détection de collision

Ce capteur est disponible dans une variété de formes et de tailles, et son objectif principal est de fournir un environnement de travail sécurisé pour les opérateurs, ce dont les robots collaboratifs ont le plus besoin.

Quels sont les capteurs des robots d'assistance?

Un robot d'assistance est un ordinateur qui peut ressentir, traiter et exécuter des actes dans la vie quotidienne des personnes handicapées et des personnes âgées. L'utilisation la plus courante des capteurs de robot est l'utilisation d'un sonar à ultrasons pour aider les personnes aveugles. Pendant des années, les robots ont utilisé des sonars à ultrasons comme système de télémétrie.

Capteur de portée en robotique | Robot capteur de proximité

Les capteurs de distance sont utilisés pour déterminer la distance entre l'objet et le côté du robot. Son rayon d'action est limité. Le traitement visuel est utilisé pour calculer la distance. Les robots utilisent des capteurs de distance pour naviguer et éviter les obstacles sur leur chemin. Les applications spéciales des capteurs de distance consistent à déterminer la position et les caractéristiques générales de forme du composant dans l'enveloppe de travail du robot. La source d'éclairage dans ces situations peut être une source de lumière, un faisceau laser ou des ultrasons.

Capteurs de position en robotique

Tout capteur qui mesure l'emplacement d'un objet pour une utilisation dans des applications de contrôle est appelé capteur de position. Ils ont une large gamme de capteurs et ont une variété d'applications, allant de la robotique aux machines IRM. C'est l'un des capteurs les plus puissants, et il est utilisé dans presque tous les véhicules autonomes qui se déplacent.

Les mouvements rotatifs et linéaires peuvent être mesurés à l'aide de capteurs de position. Ils peuvent être utilisés pour calculer l'emplacement absolu ou relatif. Les moteurs sans balais sont contrôlés par des capteurs rotatifs, qui suivent souvent les zones angulaires de divers dispositifs mécaniques du système. Les codeurs de moteur sont des capteurs utilisés en robotique pour suivre l'emplacement sur un disque circulaire, convertissant la position en impulsions électriques qu'une entité de contrôle peut utiliser.

Contrôle de la position du bras du robot

Six servomoteurs individuels sont capables de déplacer chaque articulation dans un robot typique à six axes. Un codeur de moteur est utilisé à l'arrière de ces servomoteurs pour maintenir la position. Pour suivre les rotations produites par le servomoteur, un encodeur de moteur utilise des découpes dans un disque. Des impulsions lumineuses sont produites par ces découpes, qui sont ensuite converties en impulsions électriques.

Capteur de position optique en robotique

Les capteurs optiques sont utilisés pour suivre, compter et positionner les pièces sans utiliser aucune touche. Des capteurs optiques internes ou externes sont disponibles. Les capteurs internes sont généralement utilisés pour mesurer les virages et autres changements subtils de direction, tandis que les capteurs externes collectent et relaient une quantité spécifiée de lumière.

Capteurs de vitesse en robotique

Un capteur de vitesse ou de vitesse prend plusieurs mesures de position à intervalles réguliers et calcule le taux de changement des valeurs de position au fil du temps. L'un des capteurs de vitesse essentiels utilisés en robotique est le tachymètre.

Tachymètre

Le tachymètre est l'un des dispositifs les plus critiques pour fournir un retour de vitesse. Il est également utilisé comme compteur de tours et indicateur de régime. Dans un moteur, un tachymètre est utilisé pour mesurer la vitesse de rotation d'un arbre. Dans une unité analogique, la sortie est affichée en RPM (tours par minute).

Capteurs d'accélération en robotique

L'accélération et l'inclinaison sont mesurées à l'aide d'un capteur d'accélération, un appareil qui mesure l'accélération est connu sous le nom d'accéléromètre. La force statique et la force dynamique sont les deux types de forces qui influencent un accéléromètre.

• Force statique C'est la force de friction qui existe entre deux choses. Nous pouvons calculer l'inclinaison du robot en calculant la force gravitationnelle. Ce calcul permet d'équilibrer le robot ou de décider s'il se déplace en montée ou sur une surface plane.
• Force dynamique Il fait référence à la quantité de force nécessaire pour déplacer un objet. La vitesse / vitesse d'un robot peut être déterminée en mesurant la force dynamique avec un accéléromètre.

Capteurs de robot aspirateur

Les robots aspirateurs utilisent divers capteurs pour détecter les obstacles et suivre leur progression et découvrir de nouvelles zones à explorer.Ces capteurs d'aspirateur robot déclenchent des réponses programmées, qui décident de la façon dont le robot doit réagir s'il fait face à des obstacles.

Capteurs d'obstacles

Pour travailler dans un environnement domestique, il existe différents obstacles tels que des pieds de chaise et de table, des canapés, d'autres supports d'appareils électroménagers et des jouets errants, etc. vers le bas et ce capteur sera activé lorsque le pare-chocs entre en collision avec une barrière, et le robot reçoit automatiquement l'instruction de tourner et de s'éloigner.

Capteurs de falaise

Les escaliers sont peut-être l'obstacle le plus dangereux pour les aspirateurs robots ; une chute pourrait endommager l'aspirateur ainsi que tout ce qui se trouve sur son passage. Par conséquent, tous les aspirateurs robots doivent être équipés de capteurs d'escarpement comme dispositif de sécurité. Ils utilisent des signaux infrarouges pour calculer la distance à la surface du sol en continu.

Capteurs muraux

Ils les aident en fait à détecter les murs à l'aide de la lumière infrarouge afin qu'ils puissent les suivre. Cela leur permet de nettoyer les bords du mur là où il rencontre le sol. La meilleure partie est qu'ils peuvent le faire sans érafler le mur, comme nous le faisons parfois avec les aspirateurs debout.

Capteurs de roue

La rotation des roues d'un robot aspirateur est mesurée à l'aide de capteurs de lumière. Il estimera la distance parcourue en utilisant ce nombre et la circonférence de la roue.

Qu'est-ce que le capteur tactile en robotique?

Le capteur tactile utilisé en robotique est également appelé capteur tactile. Pour en savoir plus, cliquez ici .

Capteurs utilisés dans le soudage robotisé

Pour en savoir plus sur les capteurs de robot utilisés dans le soudage robotisé cliquez ici .

Robotique à fusion de capteurs

De nombreux secteurs et environnements connaissent une augmentation de la demande de robots rigides et polyvalents simples à mettre en place. Des capteurs pour la conscience contextuelle et des interfaces intuitives pour la facilité d'utilisation sont désormais nécessaires pour les robots. Certaines applications, par exemple, peuvent utiliser la reconnaissance gestuelle pour manipuler un appareil physique.

Dans le même temps, la protection IoT, la faible consommation d'énergie, la sécurité et la fiabilité sont toutes des exigences strictes. Cela implique souvent l'utilisation de capteurs pour surveiller le courant électrique, la température et d'autres variables afin de garantir qu'un système fonctionne efficacement et en toute sécurité. Dans un proche avenir, la robotique augmentera le nombre de moteurs et la polyvalence de l'environnement, et davantage de robots collaboratifs seront visibles dans le monde entier. Le nombre de capteurs utilisés par les robots augmentera à mesure que davantage de systèmes de contrôle et de paramètres seront conçus.

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Esha Chakraborty

J'ai une formation en ingénierie aérospatiale et je travaille actuellement sur l'application de la robotique dans l'industrie de la défense et des sciences spatiales. J'apprends continuellement et ma passion pour les arts créatifs me pousse à concevoir de nouveaux concepts d'ingénierie.
Les robots remplaçant presque toutes les actions humaines à l'avenir, j'aime présenter à mes lecteurs les aspects fondamentaux du sujet d'une manière simple mais informative. J'aime également me tenir au courant simultanément des progrès de l'industrie aérospatiale.