Fonte immagine: Richard Greenhill e Hugo Elias della Shadow Robot Company, Lampadina Shadow Hand grande, CC BY-SA 3.0
Oggetto della discussione: sensore tattile e sua funzione
- Tipi di sensori per robot
- Sensore tattile e tecnologie coinvolte
- Criteri di progettazione del sensore tattile
- March: Applicazioni del sensore tattile
Tipi di sensori per robot
Cos'è un sensore robot?
Un robot interagisce con il suo ambiente con l'aiuto di vari sensori che misurano grandezze fisiche. I sensori funzionano secondo il principio della trasduzione, dove l'energia viene trasformata da un tipo all'altro. Un controller elabora i dati rilevati per consentire l'azione del robot. I sensori monitorano anche le condizioni di un robot.
Classificazioni del sensore del robot
Il primo tipo di classificazione è il seguente: -
- Propriocettivo (PC): Sensori che forniscono un "senso di sé" al robot. Misurano valori interni al sistema del robot, ad esempio, angolo del giunto, posizione della ruota, livello della batteria, ecc.
- esterocettivo (CE): Sensori che forniscono informazioni sullo stato esterno, come le osservazioni dell'ambiente e degli oggetti in esso contenuti.
Il secondo tipo di classificazione è il seguente: -
- Attivo (A): Sensori che funzionano emettendo energia, ad esempio basati su radar.
- Pasqua ebraica (P): Sensori che ricevono energia passivamente telecamera di esempio.
Di seguito sono riportati i tipi di sensori basati sull'uso tipico: -
Sensore tattile e sua funzione
Cosa significa "tattile"?
- Qualcosa progettato per essere percepito al tatto.
- Qualcosa è percepibile al tatto o apparentemente così, tangibile.
- Qualcosa che è connesso con il senso del tatto.
- È sinonimo di palpabile, tattile, tattile, tangibile, tattile, reale, tattile, fisico, sostanziale, visivo e strutturale.
Cos'è un sensore tattile?
Sulla base del contatto fisico con l'ambiente, un sensore tattile misura le informazioni. L'architettura del sensore tattile deriva dal rilevamento biologico del tatto cutaneo in grado di rilevare sensazioni derivanti da varie stimolazioni meccaniche, temperature e dolore (sebbene il rilevamento del dolore sia un po 'raro nel sensore tattile artificiale). Nella robotica, nei sistemi di sicurezza e nell'hardware del computer vengono utilizzati sensori tattili.
La visione è spesso affermata come forse la modalità sensoriale umana più significativa che sottovaluta il ruolo del tatto. Naturalmente, la perdita delle capacità fornite dal tatto porterà a danni devastanti nella postura, nella locomozione e nella funzione degli arti, nel recupero delle proprietà degli oggetti e in qualsiasi contatto fisico con l'ambiente in generale.
L'esperimento psicofisico ha rivelato che i tocchi tattili umani sono ricchi di trame, forme, durezza e temperatura per le interazioni, la scoperta, la manipolazione e l'estrazione della proprietà dell'oggetto. Innumerevoli tipi di recettori, ad esempio meccanorecettore (pressione e vibrazione), termorecettore (temperatura) e nocicettore (dolore e danno) registrano queste informazioni distribuite con densità variabile agite sul corpo e situate nelle diverse zone della pelle.
Le mani umane hanno una densità di meccanorecettori eccezionalmente elevata, una delle aree più avanzate del corpo per fornire un feedback tattile preciso.
Questo campo è progredito dagli anni '1970 e l'incorporazione minima di questi sistemi nei robot, sebbene il rilevamento tattile sia stato relativamente ignorato durante l'era prematura dell'automazione. In confronto, negli anni '1980 sono stati osservati sviluppi significativi nella tecnologia dei sensori tattili, seguiti da un calo dei costi di produzione.
Sono stati compiuti progressi nei materiali dei sensori, nelle tecnologie di progettazione e produzione e nei metodi di trasduzione per l'incorporazione in diverse piattaforme robotiche. Diversi tipi come gli estensimetri capacitivi, piezo-resistivi, piezoelettrici, magnetici, induttivi, ottici ed estensimetrici sono state le principali tecnologie di rilevamento tattile che sono state sviluppate in questo periodo, consentendo la produzione efficiente di dispositivi particolari per la forma dell'oggetto, la consistenza, la forza e la temperatura rilevamento.
Tecnologie coinvolte nel rilevamento tattile
Le tecnologie dei sensori tattili sono definite dalla trasduzione utilizzata per tradurre correttamente gli stimoli dal mondo esterno a un dispositivo intelligente. Questo tipo di sensore utilizzato nella robotica è focalizzato sui metodi di trasduzione capacitiva, piezoresistiva, ottica, magnetica, binaria e piezoelettrica elencati nelle sezioni seguenti.
Sensori capacitivi
Misurando la variazione di capacità da un carico applicato su un condensatore a piastre parallele, i sensori tattili centrati sulla trasduzione capacitiva funzionano. La capacità è collegata a una separazione e un campo di condensatori a piastre simili, che utilizza un separatore elastomerico per garantire l'applicazione. I sensori capacitivi possono essere prodotti in piccole dimensioni, consentendo la loro costruzione e incorporazione in piccoli spazi, come i palmi delle mani e la punta delle dita, in matrici dense. In termini di migliore sensibilità, stabilità alla deriva, sensibilità a bassa temperatura, bassi consumi energetici e rilevamento della forza naturale o tangenziale, questa tecnologia offre anche diversi vantaggi. L'isteresi significativa è una delle poche limitazioni.
Sensori piezoresistivi
Quando viene applicata la forza, questo metodo di trasduzione verifica i cambiamenti nella resistenza di un tocco. I sensori piezoresistivi sono solitamente fabbricati o realizzati con inchiostro piezoresistivo in gomma conduttiva e stampati con un motivo. Quando nessun contatto o stress agisce sul sensore, verrà formato un valore di resistenza massimo. Al contrario, la resistenza al tatto diminuisce con l'aumentare della pressione o dello stress. La sua ampia gamma dinamica, la durata, la tolleranza al sovraccarico decente, il prezzo economicamente comparabile e la capacità di produzione in piccole dimensioni sono i vantaggi di questa tecnologia. Gli svantaggi includono una risoluzione spaziale ridotta, la complessità del cablaggio di più componenti del sensore individualmente, la sensibilità alla deriva e all'isteresi.
Sensori ottici
Utilizzando sensori di visione all'avanguardia, i sensori ottici funzionano trasducendo il tocco meccanico, l'attrito o il movimento direzionale in intensità della luce o variazioni dell'indice di rifrazione. Uno svantaggio è che devono essere inclusi emettitori di luce e rilevatori (ad esempio array CCD), con conseguente aumento delle dimensioni.
Sensori magnetici
Tramite l'uso di sensori ad effetto Hall, magnetoresistivi o magnetoelastici, questa tecnologia opera rilevando i cambiamenti nel flusso magnetico causati da una forza applicata. Misurando le variazioni della tensione prodotta da una corrente elettrica che passa attraverso un materiale conduttivo immerso in un campo magnetico, i sensori ad effetto Hall funzionano. Il sensore ad effetto Hall viene utilizzato anche per rilevare la deflessione multidirezionale di un baffo artificiale. Magnetoresi e sensori magnetoelastici riconoscono i cambiamenti nei campi magnetici indotti dall'uso di sollecitazioni meccaniche.
Una migliore sensibilità, un'ampia gamma, una piccola isteresi, linearità e robustezza sono i diversi vantaggi di questo tipo di sensori. Tuttavia, sono vulnerabili alle interferenze magnetiche e al rumore. Le dimensioni fisiche del sistema di rilevamento e la necessità di lavorare in ambienti non magnetici limitano le applicazioni.
Sensori binari
Interruttore di contatto in grado di rilevare eventi discreti di accensione / spegnimento innescati da contatti meccanici da rilevare. La semplicità di progettazione e sviluppo di questo tipo di sensore ha permesso di incorporarlo in un'ampia gamma di sistemi robotici. È possibile creare dispositivi di contatto che vanno oltre un codice binario necessario. Lo svantaggio principale di questa tecnologia dei sensori è la mancanza di risoluzione, che limita le applicazioni a problemi come il rilevamento del tocco o delle collisioni.
Sensori piezoelettrici
Una carica elettrica proporzionale alla forza, pressione o deformazione applicata viene generata dai sensori piezoelettrici. Gli svantaggi principali di questa tecnologia di rilevamento sono i limiti alle misurazioni dinamiche e alla suscettibilità alla temperatura. Tuttavia, a causa della loro maggiore sensibilità, le frequenze alte. risposte e varie tipologie secondo le applicazioni, come fluoruri plastici, cristallini, ceramici e polivinilidenici, sono ideali per la misura delle vibrazioni e sono comunemente usati (PVDF).
Sensori idraulici
Questa è una sorta di attuatore che trasforma la pressione del fluido in un movimento meccanico utilizzato nella tecnologia idraulica. Le recenti applicazioni industriali e mediche richiedono servomeccanismi microscopici idraulici, denominati microattuatori, per rilevare lo stress e misurare la forza. Le strutture micro-idrauliche sono state progettate per produrre un sensore di flusso a bassa potenza, preciso e robusto. Composto da un sistema biomimetico simile a un capello, questo sensore consente di convertire il flusso in pressione idraulica, fornendo un'ampia gamma di misurazioni e un'elevata sensibilità.
Sulla base della tecnologia di rilevamento micro-idraulica, array di sensori di forza, vicini alla scala della punta delle dita umane, possiamo raggiungere sensibilità più elevate. Prodotti con una tecnica di stereolitografia, questi sensori di forza a basso costo forniscono dati tattili robusti e un'elevata risoluzione spaziale, ideali per il rilevamento simile alla pelle.
Criteri di progettazione del sensore tattile
La mano umana è un ottimo esempio di design con un'ampia gamma di sensori che supportano diverse forme tattili. Sarebbe auspicabile ottenere un design artificiale in grado di imitare la mano umana. Le linee guida standard per la creazione di sensori tattili presentate da Dargahi e Najarian (2004), tenendo conto dei limiti e delle possibilità dei sensori, sono riassunte di seguito:
March: Applicazioni del sensore tattile
Lo sviluppo di robot robusti, flessibili e adattabili per studiare la percezione e l'interazione sicura con l'ambiente, compresi gli esseri umani, ha dato un posto di rilievo ai vari tipi di sensori tattili nella robotica. Ciò ha portato al continuo sviluppo della tecnologia dei sensori tattili in diverse piattaforme robotiche che si sforzano di studiare / ricreare la percezione che va dalla punta delle dita alle braccia al busto. Di seguito sono elencate alcune applicazioni / lavori importanti che coinvolgono i sensori tattili:
- Utilizzo di punte delle dita robotiche dotate di sensori tattili piezoelettrici per riconoscere le proprietà degli oggetti come la consistenza, la forma e la durezza durante l'esecuzione di procedure come spingere, scivolare, schiacciare, ecc.
- Progettazione di mani protesiche con sensori tattili per imitare il movimento naturale e rilevare il contatto.
- icub è un ottimo esempio di un nuovo umanoide che è dotato di sensori tattili sulla superficie del corpo come dita, braccia, busto, ecc. per indagare la percezione e l'interazione.
- Robot PUMA, utilizzato per lo studio della percezione e degli approcci di controllo, è dotato di un array di sensori tattili planari per estrarre il bordo e l'orientamento dell'oggetto. Questa varietà utilizza immagini tattili e forme geometriche. Una tecnica correlata, focalizzata sui momenti geometrici, è stata in grado di esplorare e identificare la forma di diversi oggetti utilizzando un braccio KUKA con sensori tattili planari.
- L'implementazione di procedure di esplorazione che ruotano e racchiude per un robusto riconoscimento di oggetti è stata eseguita utilizzando i polpastrelli tattili delle mani robotiche a cinque dita.
- Integrazione di sensori tattili in robot biomimetici per capire come funziona il rilevamento tattile negli animali. Dimostrazione della percezione dello stimolo come consistenza, distanza di contatto, direzione e velocità utilizzando robot baffuti.
- Sviluppo di antenne artificiali con sensori di pressione e forza per esplorare il comportamento di formiche e scarafaggi modellando il contatto.
- È stato effettuato l'uso di sensori tattili nella robotica subacquea (baffi artificiali per imitare le capacità percettive delle foche) per misurare la velocità e comprendere il movimento del fluido, l'angolo e il rilevamento della scia.
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Ho un background in ingegneria aerospaziale, attualmente lavoro verso l'applicazione della robotica nel settore della difesa e delle scienze spaziali. Imparo continuamente e la mia passione per le arti creative mi mantiene propenso alla progettazione di nuovi concetti ingegneristici.
Con i robot che sostituiranno quasi tutte le azioni umane in futuro, mi piace portare ai miei lettori gli aspetti fondamentali dell'argomento in modo semplice ma informativo. Mi piace anche tenermi aggiornato contemporaneamente sui progressi nel settore aerospaziale.