فنی مگ
0

انواع سنسور ربات برای ساخت ربات (12 سنسور پرکاربرد)

از کدام سنسورها برای ساخت ربات استفاده می‌شود؟
بازدید 87

تصور کنید رباتی داشته باشید که می‌تواند دنیای اطراف خود را ببیند، بشنود و حس کند. رباتی که می‌تواند با شما صحبت کند، اشیاء را جابجا کند و حتی به شما در انجام کارهایتان کمک کند. این دنیای ربات‌های هوشمند دیگر فقط در فیلم‌های علمی تخیلی نیست، بلکه با پیشرفت‌های روزافزون علم و تکنولوژی، به واقعیت تبدیل شده است.

چیزی که به ربات‌ها این قدرت را می‌دهد تا با دنیای اطراف خود تعامل داشته باشند موضوع مقاله‌ایست که امروز قرار است در مورد آن صحبت کنیم.

سنسورها دروازه‌ای هستند که ربات‌ها را به دنیای واقعی متصل می‌کنند. بنابراین بدون سنسور، یک ربات کور و ناشنوا است. در این مقاله انواع سنسور ربات (Sensor Robot)، و کاربردهای آن مورد بحث قرار می‌‌گیرد.

سنسور ربات چیست؟

حس‌گرهایی که برای تخمین شرایط و محیط یک ربات استفاده می‌شود به عنوان سنسور ربات شناخته می‌شود. این سنسور عمدتاً مشابه عملکرد اندام‌های حسی انسان است؛ بنابراین، ربات‌ها به طیف وسیعی از داده‌ها در مورد محیط اطراف خود نیاز دارند تا به طور مؤثر کار کنند مانند موقعیت، فاصله، سرعت، اندازه، جهت‌گیری، شتاب، نیرو، دما، لحظه، وزن، درخشندگی و غیره.

یک سنسور در یک ربات اجازه می‌دهد تا به محیط خود پاسخ دهد تا وظایف پیچیده‌ای را انجام دهد. هر ربات به سنسورهای مختلفی نیاز دارد تا با دانستن اطلاعات در مورد موقعیت، حرکت بدن و قسمت‌های آن، خود را کنترل کند.

سنسور ربات چگونه کار می‌کند؟

کار هر سنسور عمدتاً به اصل انتقال که به معنای تبدیل انرژی است بستگی دارد. سنسورهای درون یک ربات به آن اجازه می‌دهند تا از طریق محیط خود با انعطاف‌پذیری بیشتری پاسخ دهد. با استفاده از سنسورهای مختلف در ربات‌ها، آن‌ها قادر به مشاهده و حس هستند تا وظایف پیچیده مختلفی را انجام دهند.

سنسورهای ربات وضعیت و محیط ربات‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند و سپس به‌عنوان سیگنال‌های الکترونیکی به کنترل کننده ربات‌ها اطلاع می‌دهند؛ بنابراین ربات‌ها برای کنترل اعمال خود به سنسورهای مختلفی نیاز دارند.

ویژگی‌های سنسور ربات

ویژگی‌های سنسور ربات عمدتاً به تعیین سنسور مناسب برای ربات در موقعیت‌های مختلف کمک می‌کند. برخی از ویژگی‌های ضروری سنسورهای ربات در زیر آورده شده است.

  • دقت
  • هیسترزیس
  • تنظیم
  • تکرارپذیری
  • وضوح
  • خطی بودن
  • رانش
  • درجه حرارت
  • قدرت
  • دمای قابل استفاده
  • فرم خروجی
  • دمای ذخیره‌سازی
  • اندازه نقطه
  • قابلیت اطمینان

انواع سنسور ربات

سنسورهای رباتیک در انواع مختلفی موجود هستند که در ادامه به آن‌ها پرداخته شده است:

انواع سنسور ربات
انواع سنسور ربات

سنسور روشنایی (Light Sensor)

سنسور روشنایی برای کشف نور و ایجاد اختلاف ولتاژ استفاده می‌شود. سنسورهای نوری مورد استفاده در ربات‌ها دو نوع سلول فتوولتائیک و مقاومت نوری هستند. سلول‌های فتوولتائیک برای تبدیل انرژی تابش خورشید به الکتریکی استفاده می‌شوند و این سنسورها در ساخت ربات‌های خورشیدی استفاده می‌شوند. مقاومت نوری برای تغییر مقاومت آن‌ها با تغییر شدت نور استفاده می‌شود. وقتی نور بیشتر روی آن باشد، مقاومت کمتر خواهد بود. سنسورهای نور گران نیستند، بنابراین به راحتی در ربات‌ها استفاده می‌شوند.

سنسور صدا (Sound Sensors)

سنسور صدا عمدتاً برای تشخیص صدا و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی استفاده می‌شود. از این سنسورها می‌توان در ربات‌ها برای حرکت در میان صدا استفاده کرد. با استفاده از این سنسور می‌توان رباتی را که از طریق صدا کنترل می‌شود مورد هدایت و کنترل قرار داد. به عنوان مثال می‌توان آن ربات را طوری برنامه‌ریزی کرد که با یک کف زدن سمت راست حرکت کند و با دو بار کف زدن به سمت چپ بچرخد.

سنسور دما (Temperature Sensors)

یک سنسور دما برای تشخیص تغییر دمای محیط اطراف ربات استفاده می‌شود. این سنسور عمدتاً بر روی اصل تغییر در تفاوت ولتاژ برای تغییر در دما کار می‌کند تا مقدار دمایی معادل محیط اطراف را ایجاد کند.
این سنسورها همچنین می‌توانند در ربات‌ها برای کار در شرایط آب و هوایی شدید مانند قطب یا بیابان استفاده شوند. انواع مختلفی از آی سی‌های سنسور دما برای تشخیص دما وجود دارد مانند LM۳۴، TMP۳۷، TMP۳۵، TMP۳۶، LM۳۵ و …

سنسور تماس (Contact Sensors)

استفاده از سنسور تماسی که به عنوان سنسور لمسی نیز شناخته می‌شود در رباتیک متداول است. وظیفه اصلی سنسور تماسی تشخیص تغییر در سرعت، موقعیت، شتاب، گشتاور یا نیرو در مفاصل دست‌کاری و پایانه است. این سنسورها به تماس فیزیکی نیاز دارند تا ربات به درستی کار کند و مطابق با آن عمل کند. این سنسور در سوئیچ‌های مختلف مانند کلید محدود، کلید دکمه‌ای و سوئیچ سپر لمسی استفاده می‌شود.

سنسور تماس به طور گسترده در ربات‌ها برای جلوگیری از برخورد با مانع استفاده می‌شوند. هنگامی‌که سنسور هر مانعی را تشخیص داد، سیگنالی را به ربات ارسال می‌کند تا ربات وظایف مختلفی مانند معکوس کردن، چرخش را انجام دهد، در غیر این صورت به سادگی متوقف می‌شود.

سنسور مجاورتی (Proximity Sensor)

سنسور مجاورتی در یک ربات برای تشخیص شی نزدیک به یک ربات استفاده می‌شود و همچنین فاصله یک ربات تا یک شی را بدون هیچ‌گونه تماس فیزیکی اندازه‌گیری می‌کند، آن‌ها از میدان‌های مغناطیسی برای تشخیص چنین اجسامی استفاده می‌کنند. این سنسورها در دو نوع فرستنده مادون قرمز، مقاومت نوری و سنسور اولتراسونیک موجود هستند.

سنسور فشار (Pressure Sensors)

سنسور فشار برای تشخیص فشار استفاده می‌شود، بنابراین از این سنسورها در رباتیک استفاده می‌شود زیرا به لمس، فشار و نیرو پاسخ می‌دهند. این سنسور برای طراحی دست ربات برای محاسبه میزان چنگ و نیروی لازم برای بلند کردن یک جسم استفاده می‌شود.

سنسورهای ناوبری (Navigation Sensors)

این سنسورها به عنوان سنسورهای موقعیت‌یابی نیز شناخته می‌شوند که در ربات‌ها برای تشخیص موقعیت آن‌ها استفاده می‌شود. بیشترین استفاده از سنسورهای ناوبری GPS، Localization و Compass هستند.
سیستم GPS یا سیستم موقعیت‌یابی جهانی برای ربات‌های فضاهای باز بسیار مفید است زیرا به سادگی نقشه‌های دریافتی از ماهواره‌های GPS را تجزیه و تحلیل می‌کند.

سنسورهای موقعیت یابی به ربات کمک می‌کند تا عناصر خارجی مانند نشانه‌های طبیعی و مکان‌های دیدنی مصنوعی را شناسایی کند و داده‌های آن‌ها را برای مکان‌یابی موقعیت‌هایشان پردازش کند. از یک قطب نما مغناطیسی برای اندازه گیری جهت با میدان مغناطیسی زمین استفاده می شود تا ربات را در جهت صحیح برای رسیدن به مقصد هدایت کند. در مقایسه با GPS، این سنسورها بسیار ارزان هستند.

سنسورهای شتاب (Acceleration Sensors)

این سنسورها برای اندازه‌گیری شتاب و شیب استفاده می‌شوند. دو نیروی اصلی مانند نیروهای استاتیک و دینامیکی می‌توانند بر عملکرد یک شتاب سنج تأثیر بگذارند.
اصطکاک بین دو جسم به عنوان یک نیروی ساکن شناخته می‌شود که برای آگاهی از میزان دقیق انحراف یک ربات استفاده می‌شود. مقدار نیروی مورد نیاز برای حرکت یک جسم به عنوان نیروی دینامیکی شناخته می‌شود که برای تخمین شتاب لازم استفاده می‌شود.

سنسور ژیروسکوپ (Gyroscope Sensor)

سنسور ژیروسکوپ از انواع سنسورهایی است که برای اندازه‌گیری و کمک به حفظ جهت‌گیری از طریق اصل تکانه زاویه‌ای یا ژیروسکوپ برای محاسبه سرعت چرخش در ناحیه یک محور خاص استفاده می‌شود. این سنسور زمانی که می‌خواهید ربات شما برای حفظ جهت‌گیری به گرانش زمین وابسته نباشد بسیار مفید است.

سنسور IMU

سنسور IMU، IMU مخفف “واحد اندازه‌گیری اینرسی” است که دو یا چند ویژگی سنسور مانند ژیروسکوپ، شتاب سنج و مغناطیس‌سنج را برای محاسبه سرعت، نیروهای گرانشی و جهت‌گیری ادغام می کند.

سنسورهای ولتاژ

سنسورهای ولتاژ برای تغییر محدوده ولتاژ از کم به زیاد استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، یک تقویت‌کننده عملیاتی از ولتاژ کمتری استفاده کرده، مدار را تقویت می کند و خروجی را به عنوان ولتاژ بالا تولید می کند. یک LED ساده همچنین می‌تواند به عنوان یک سنسور ولتاژ برای تشخیص اختلاف ولتاژ و روشن شدن کار کند.

سنسورهای جریان

سنسورهای جریان برای نظارت بر جریان در مدار و ارائه خروجی مانند جریان یا ولتاژ متناسب استفاده می‌شوند. خروجی اکثر این سنسورها یک ولتاژ آنالوگ است که از 0 ولت تا 5 ولت متغیر است که می‌تواند با کمک یک میکروکنترلر بیشتر پردازش شود.

ربات تمیز کننده کف با استفاده از سنسور اولتراسونیک و برد آردوینو

هدف اصلی، طراحی یک ربات تمیزکننده خودکار خانه است که با شناسایی موانع، اجتناب و حرکت مداوم تا زمانی که کل اتاق تمیز شود، کل اتاق را تمیز کند. این ربات از یک برس برای تمیز کردن اتاق برخوردار است. همچنین این ربات از یک سنسور مادون قرمز همراه با یک سنسور اولتراسونیک استفاده می کند زیرا اجتناب از مانع با استفاده از یک سنسور مادون قرمز قابل تشخیص است درحالی‌که عمدتاً برای تشخیص سقوط استفاده می‌شود.

اجزای مورد نیاز برای ساخت این پروژه عبارت‌اند از:

  • Arduino UNO R۳
  • یک برس کفش
  • سنسور اولتراسونیک
  • آردوینو موتور درایور شیلد
  • باتری
  • یک پاوربانک برای تغذیه آردوینو
  • پد اسکاچ بریت
  • کامپیوتر
  • شاسی ربات چرخ‌دار

نمودار مدار

نمودار مدار یک ربات نظافت خودکار خانه در زیر نشان داده شده است. طراحی این مدار با اتصال سنسور اولتراسونیک به برد آردوینو و قرار دادن محافظ موتور درایور روی آردوینو بسیار ساده است.

سنسور اولتراسونیک مورد استفاده در این مدار HC-SR۰۴ است که برای اندازه‌گیری فاصله با خوانش‎های پایدار و با دقت بالا استفاده می‌شود؛ بنابراین، می‌تواند فاصله را از ۲ تا ۴۰۰ سانتی‌متر اندازه‌گیری کند و یک سیگنال اولتراسوند با فرکانس ۴۰ کیلوهرتز در هوا تولید می کند. فاصله یک جسم را می‌توان بسته به زمان مورد نیاز موج اولتراسونیک برای بازگشت به سنسور اندازه‌گیری کرد. اگر زمان و سرعت صوت را بدانیم، از طریق فرمول زیر می‌توانیم فاصله را تعیین کنیم:

فاصله = 2/(زمان x سرعت صدا در هوا)

اتصالات این مدار به شرح زیر است:

  • پایه Trig سنسور اولتراسونیک مستقیماً به پایه دوازدهم آردوینو متصل است.
    پایه Echo مستقیماً به پایه ۱۳ و پایه ولتاژ به پایه ۵ ولت و پایه GND سنسور به پایه GND آردوینو متصل می‌شود.
  • هر دو پین مانند Trig & Echo به برد آردوینو اجازه می‌دهند تا با سنسور اولتراسونیک تعامل داشته باشد. در اینجا، پین‌های ولتاژ و GND نیرو را به سنسور می‌رسانند و پین‌های Echo & Trig به آن اجازه می‌دهند داده‌ها را از طریق برد آردوینو ارسال و دریافت کند.
  • محافظ موتور باید دارای حداقل دو خروجی باشد و آن‌ها باید به دو موتور متصل شوند. معمولاً این دو خروجی با عنوان M۱ و M۲ مشخص می‌شوند. باتری و پاوربانک خود را به ترتیب به آردوینو و محافظ موتور متصل کنید.

مزایا و معایب سنسور ربات چیست؟

از مزایای سنسورهای ربات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • باعث افزایش کیفیت محصول می‌شود
  • دقت برنامه را افزایش می‌دهد
  • این برنامه‌های کاربردی دامنه رباتیک را گسترش می‌دهد
  • ایمنی نیروی کار را افزایش می‌دهد.
  • زمان پاسخگویی سریع است
  • محدوده سنجش طولانی است
  • کم‌هزینه خواهد بود
  • مقاوم در برابر محیط‌های خشن
  • نصب آسان
  • فوق‌العاده قابل پیش‌بینی

از معایب سنسورهای ربات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • به تماس فیزیکی از طریق هدف نیاز دارد
  • تشخیص محدوده از طریق رنگ و بازتاب شئ تحت تأثیر قرار می‌گیرد
  • بسیار حساس به تغییرات شدید اکولوژیکی است
  • حساس به تغییرات درونی دما

کاربرد سنسورهای رباتیک چیست؟

از کاربردهای سنسورهای ربات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • سنسورهای رباتیک عمدتاً برای تخمین وضعیت و محیط ربات استفاده می‌شوند.
  • این سنسورها عملکرد روان یک ربات را تضمین می‌کنند.
  • سنسورهای ربات به ربات‌ها کمک می‌کنند تا به دستورات دریافتی پاسخ دهند.
  • این سنسورها دستیابی آسان به وظایف مختلف را فراهم می‌کنند. درک محیط اطراف می‌تواند به ربات کمک کند تا در مورد نزدیکی جسم، دما، واکنش شیمیایی، صدا و عملکرد متناسب تصمیم بگیرد.
  • سنسورها در رباتیک برای دستیابی به راه‌حل‌های قابل اعتماد با کیفیت کارآمد، پاسخ سریع، دقت و مقرون به صرفه بودن مورد نیاز هستند.

نظرات کاربران

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *