Para conseguir que el robot realice su tarea con la adecuada precisión es preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado de su entorno. Por eso existen dos tipos de sensores:
- Sensores internos: sensores integrados en la propia estructura mecánica del robot, que dan información del estado del robot: fundamentalmente de la posición, velocidad y aceleración de las articulaciones.
- Sensores externos: dan información del entorno del robot: alcance, proximidad, contacto, fuerza, etc. Se utilizan para guiado de robots, para identificación y manipulación de objetos.
SENSORES INTERNOS
La información que la unidad de control del robot puede obtener sobre el estado de su estructura mecánica es la relativa a su:
- Posición.
- Velocidad.
- Aceleración
SENSORES DE POSICIÓN:
- Analógicos: potenciómetros, resolver, sincro, LVDT, Inductosyn.
- Digitales: encoders (absolutos e incrementales).
Estos sensores se pueden utilizar en automóviles.
POTENCIÓMETROS:
Se usan para la determinación de desplazamiento lineales o angulares. Eléctricamente se cumple la relación:
Este potencial puede medirse y disponer de un sistema de calibrado de manera que por cada potencial se obtenga proporcionalmente una distancia de desplazamiento.
Ventajas: facilidad de uso y bajo precio.
Desventajas: deben estar fijados al dispositivo cuyo desplazamiento se quiere medir, precisión limitada.
Se pueden encontrar en automóviles, equipos de musica, interruptores de luz y una serie de otros dispositivos.
ENCODERS: (codificadores angulares de posición)
Constan de un disco transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre sí, de un sistema de iluminación y de un elemento fotorreceptor.
El eje cuya posición se quiere medir va acoplado al disco, a medida que el eje gira se van generando pulsos en el receptor cada vez que la luz atraviese las marcas, llevando una cuenta de estos pulsos es posible conocer la posición del eje.
La resolución depende del número de marcas que se pueden poner físicamente en el disco.
El funcionamiento de un encoder absoluto es similar, pero el disco se divide en un número de sectores (potencia de 2), codificándose cada uno de ellos con un código binario (código Gray), con zonas transparentes y opacas. La resolución es fija y viene dada por el número de anillos que posea el disco granulado => 2^8 hasta 2^19.
Estos dispositivos se utilizan en robótica, en lentes fotográficas de última generación, en dispositivos de entrada de ordenador (tales como el ratón y el trackball), y en plataformas de radar rotatorias.
Constan de una bobina solidaria al eje excitada por una portadora, y dos bobinas fijas situadas a su alrededor. La bobina móvil excitada con tensiónVsen(ωt) y girada un ángulo θ induce en las bobinas fijas las tensiones:
V1 = V sen(ωt) senθ
V2 = V sen(ωt) cosθ
SINCROS: la bobina que hace función de primario o rotor se encuentra solidaria al eje de giro. El secundario está formado por tres bobinas fijas colocadas alrededor del primario en forma de estrella y desfasadas entre si 120º (estator). Al rotor se le aplica una señal senoidal y se genera en cada una de las bobinas fijas un voltaje inducido con un desfase entre ellos de 120º:
V13 = 3^1/2 V cos(ωt) senθ
V32 = 3^1/2 V cos(ωt) sen(θ+120)
V21 = 3^1/2 V cos(ωt) sen(θ+240)
Para los sistemas de control hay que pasar la señal analógica a digital, para lo cual se utilizan convertidores resolver / digital (R/D).
SENSORES LINEALES DE POSICIÓN (LVDT)
LVDT: transformador diferencial de variación lineal, que consta de un núcleo de material ferromagnético unido al eje, que se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios haciendo que varíe la inductancia entre ellos.
En el caso de la figura, se puede afirmar que la energía de la corriente en la bobina primaria es igual a la que circula en las secundarias: EP iP t = ES iS t => EP / ES = iS / iP
Como resultado de un desplazamiento que se quiere medir, el núcleo magnético es desplazado de manera que una de las bobinas secundarias no recubra totalmente el núcleo => la corriente inducida en un secundario será mayor que la inducida en el otro. De la diferencia de las tensiones medidas en los dos secundarios se obtiene el desplazamiento realizado por el núcleo.
Ventajas: alta resolución, poco rozamiento y alta repetitividad.
Inconvenientes: sólo puede aplicarse a medición de pequeños desplazamientos.
SENSORES DE VELOCIDAD
- Una posibilidad es derivar la posición.
- Tacogenerador: proporciona una tensión proporcional a la velocidad de giro del eje.
Utiliza un interruptor llamado “reed switch”, que utiliza fuerzas magnéticas para activarse o no dependiendo si un objeto magnético se encuentra físicamente cercano al interruptor.
Se desea medir la velocidad de giro de una rueda dentada, se dispone de uno de los dientes magnetizados de forma que cada vez que éste diente pase junto al interruptor será accionado por la fuerza magnética. Así por cada vuelta descrita por la rueda, el interruptor se activa y en su salida se obtiene un pulso de corriente. Midiendo estos pulsos de corriente (número de vueltas) por unidad de tiempo => velocidad.
Encóders: Si se dispone de un detector que se active cuando se ha realizado un giro completo, se calcula la velocidad: el número de vueltas por unidad de tiempo.
SENSORES DE ACELERACIÓN.
- Una posibilidad es derivando la velocidad.
- Utilizando un sensor de fuerza, si medimos la fuerza, y conocemos la masa se aplica el segundo principio de Newton y se calcula la aceleración: F= m*a
SENSORES EXTERNOS
Objetivo: Proporcionar información sobre los objetos en el entorno del robot:
- Presencia
- Localización
- Fuerza ejercida
Medio: sensores colocados en las superficies cercanas a los objetos
Sensores de proximidad
Detección de objetos próximos, antes del contacto para agarrar o evitar un objeto:
- Sensores inductivos
- Sensores de efecto Hall.
- Sensores capacitativos
- Sensores ultrasónicos
- Sensores ópticos.
Excelente
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