Typy senzorů v robotech

Jaký hardware se využívá v dnešní robotice?

Technologie robotiky jsou neodmyslitelně spojené s průmyslovým odvětvím. K zajištění efektivity výrobních procesů a bezpečnosti práce na scénu přicházejí roboti, kteří se stávají nedílnou součástí provozu. Technologie se neustále posouvají kupředu a vývoj softwaru a hardwaru je pro pokrok v oblasti robotiky klíčový.

V článku se proto podíváme na hardware, přesněji na senzory, které se dnes v robotech používají.

Co jsou senzory?

V robotice senzory hrají důležitou roli. Tato zařízení detekují události nebo změny v prostředí, kde se robot nachází. Senzory tak umožňují robotům „vnímat“, „chápat“ situaci a mnohdy i komunikovat s okolím. Díky tomu mohou být samostatnější, efektivnější a inteligentnější.

Význam senzorů v robotice

Vidění

Vnímání okolí je pro roboty klíčové, proto musí být vybaveni senzory, které sbírají nezbytné údaje. Díky těmto datům jsou roboti schopni detekovat a interpretovat své okolí, od identifikace překážek až po rozpoznání konkrétních objektů nebo podmínek.

Samostatnost

Integrace pokročilých senzorů umožňuje robotům pracovat autonomně ve složitém a nepředvídatelném prostředí. To je mimořádně důležité v aplikacích od průmyslové automatizace až po autonomní vozidla a drony.

Bezpečnost

V průmyslovém prostředí pomáhají senzory maximalizovat bezpečnost. Roboti mohou pracovat po boku lidí, aniž by docházelo k nehodám. To zajišťuje neustálé monitorování a přizpůsobování se změnám v pracovním prostředí. Díky tomu se zvyšuje provozní efektivita.

Komplexní úkoly

S pomocí senzorů mohou roboti provádět úkoly, které vyžadují přesnost a přizpůsobivost, jako jsou chirurgické zákroky v lékařské robotice nebo velmi složité montážní procesy ve výrobě.

Komunikace

V oblasti servisních a doprovodných robotů umožňují senzory robotům komunikovat s člověkem přirozenějším a intuitivnějším způsobem, reagovat na hlasové povely, gesta, nebo dokonce výrazy obličeje.

Senzory používané v robotice

1. Světelný senzor

Světelný senzor detekuje světlo a vytváří rozdíl napětí. Systém vidění robota má počítačem řízenou kameru, která mu umožňuje vidět a na základě toho přizpůsobit své pohyby.

Mezi základní světelné senzory v robotech patří fotorezistor a fotovoltaické články. Existují i další – CCD, fototrubice, fototranzistory. Ty se však používají velmi zřídka.

2. Senzory zvuku

Tento senzor slouží k rozpoznání zvuku, který převádí na elektrický signál. Používá se zejména v konstrukci jednoduchých robotů, kteří se dají navigovat pomocí zvuku.

Implementace zvukových senzorů však není tak snadná jako u světelných senzorů. Rozdíl napětí vytvořený zvukem je minimální a musí být zesílen, aby došlo k měřitelné změně.

3. Senzor přiblížení

Objekt v okolí může být detekován senzorem přiblížení, aniž by došlo k fyzického kontaktu. Vysílač vysílá elektromagnetické záření v nejbližšímu senzoru a přijímá a analyzuje zpětný signál. Množství světla přijímaného z okolí se dá využít k detekci blízkých objektů. Senzory fungují na principu detekce a vyhýbání se kolizím.

Existují různé typy senzorů přiblížení a jen některé z nich se používají v robotech. Nejčastěji jde o:

Infračervený (IR) vysílač: Infračervená dioda vysílá infračervený světelný paprsek, který při nalezení překážky odráží světlo zachycené infračerveným přijímačem.
Ultrazvukový snímač: Tyto senzory generují zvukové vlny o vysokých frekvencích; přijatá ozvěna signalizuje, že je objekt přerušen. Ultrazvukové snímače lze použít také k měření vzdálenosti.
Fotorezistor: Tento světelný senzor se dá využít jako senzor přiblížení. Pokud se k němu přiblíží objekt, změní se počet světelných paprsků, což změní odpor fotorezistoru.

4. Hmatové senzory

Hmatový senzor je zařízení reagující na dotek. Často se používá v předmětech každodenní potřeby, jako jsou tlačítka výtahu a lampy, které se dotykem ztlumí nebo rozzáří. Tyto senzory se používají k měření aplikací a jemné interakci s prostředím.

Dají se rozdělit na dva základní typy:

a) Dotykový senzor neboli kontaktní senzor dokáže snímat a detekovat dotyk senzoru a objektu. Tyto snímače se většinou používají u robotů k vyhýbání překážkám. Když tyto snímače narazí na překážku, spustí pro robota úlohu, která zajistí, že se: otočí, něco zapne, zastaví se atd.

b) Senzor síly je součástí výpočtu sil některých funkcí, jako je nakládání a vykládání stroje, manipulace s materiálem atd., které robot provádí. Tento snímač bude také lépe kontrolovat montážní proces při problémech.

5. Senzory teploty

Senzory teploty se používají k detekci změny teploty jak v okolním prostředí, tak i objektu. Založené jsou na principu změny rozdílu napětí při změně teploty; tato změna napětí poskytne ekvivalent okolní teploty. Aplikace pro snímání teploty zahrnují teplotu vzduchu, povrchovou teplotu, teplotu ponoření.

6. Navigační a polohové senzory

Senzory polohy se používají k přibližnému určení polohy robota. Obvyklým snímačem polohy je GPS. Robot signály ze satelitů získává a zpracovává. Informace pak slouží k určení přibližné polohy a rychlosti robota.

Výhody a výzvy senzorů v robotice

Výhody

Hlavní výhodou senzorů v robotice je zvýšení přesnosti a konzistence výkonu. Díky tomu mohou roboti dosahovat výsledků v úkonech, které jsou pro lidské pracovníky příliš náročné nebo kde člověk nemůže dlouhodobě fungovat efektivně.

Roboti vybavení senzory mohou pracovat v prostředích, která mohou být pro člověka nebezpečná, například v místech s toxickými chemikáliemi nebo extrémními teplotami. To nejen zajišťuje bezpečnost pracovníků, ale také může vést k efektivnějším výrobním cyklům, neboť roboti mohou pracovat nepřetržitě a bez přestávek.

Jedním z nejdůležitějších benefitů je zpětná vazba v reálném čase, kterou poskytují senzory. To umožňuje provádět úpravy na místě, čímž se snižuje počet chyb a plýtvání zdroji ve výrobním procesu.

Výzvy

Integrace senzorů do robotických systémů se neobejde bez problémů. Získaná data z pokročilejších senzorů je potřeba přesně interpretovat, což vyžaduje sofistikované algoritmy a výpočetní výkon.

Například systémy vidění často vyžadují speciálně navržené výpočetní systémy pro zpracování obrovského množství optických dat. Nesprávné vyhodnocení může vést k provozním chybám.

Kromě toho mohou být senzory citlivé na okolní faktory. Světelný senzor může mít problémy za špatných světelných podmínek. Senzory přiblížení mohou být ovlivněny prostředím s vysokou teplotou. Výrobci by se měli ujistit, že znají provozní rozsah svých přístrojů.

Dalším aspektem je údržba. Senzory je třeba pravidelně kalibrovat a kontrolovat, aby byla zajištěna jejich optimální funkce. Některé senzory nemusí fungovat správně, pokud se na nich nahromadí prach nebo nečistoty.

Chceš vědět o robotice víc? Začni náš online kurz Základy stavby a programování robotů, kde si sestavíš a naprogramuješ vlastního autonomního robota.

Autor: Martin Šlat

Sdílet: