Sensores de Robótica Explicados: Tipos, Funções e Aplicações

Um sensor é a visão do robô do mundo exterior. Robôs usam sensores para compreender e medir características geométricas e físicas de objetos em seu entorno. Robôs, especialmente autônomos, requerem a capacidade de perceber seu ambiente.

Sensores internos e externos são os dois tipos comumente usados. Sensores internos em robótica fornecem informações sobre o próprio robô, como sua posição, velocidade, aceleração, entre outros. Sensores externos coletam dados do mundo externo, incluindo informações como o ponto de contato entre um braço robótico hidráulico e o produto em que está trabalhando.

Existem diferentes tipos de sensores em robótica para escolher, e abordaremos as propriedades de vários deles, bem como por que e onde são empregados.

Sensores de Luz

Um sensor de luz em robótica detecta luz e cria uma diferença de tensão. Uma câmera controlada por computador no sistema de visão do robô permite que o robô veja e adapte suas ações. Fotoresistores e células fotovoltaicas são os dois sensores de luz mais usados em robôs. Fototubos, fototransistores, CCDs e outros sensores de luz são raramente empregados.

Fotoresistor

Um fotoresistor é um tipo de resistor cuja resistência muda conforme a quantidade de luz que incide sobre ele; mais luz significa menos resistência, e menos luz significa mais resistência. São simples de integrar em robótica dependente de luz.

Célula Fotovoltaica Solar

Células fotovoltaicas solares transformam luz solar em eletricidade. Isso é particularmente útil para desenvolver um robô solar. Embora uma célula fotovoltaica possa ser considerada uma fonte de energia, também pode ser convertida em sensor com o uso de transistores e capacitores.

Visão 2D e 3D

Uma imagem de visão computacional bidimensional é plana, escalada para calcular comprimento e largura, mas não altura. Mesmo que a localização e posição dos elementos variem, a visão tridimensional permite que um robô determine a orientação de uma peça a ser manuseada de forma mais eficaz. Um braço robótico pode ser guiado com precisão por um sistema de visão 3D durante a montagem, e um braço robótico pode fornecer vários ângulos de visualização para inspeção crítica de montagem.

Sensores de Som

Sensores de som em robótica funcionam de forma semelhante a microfones, mas geralmente são conectados a circuitos que avaliam a amplitude dos sons a um valor limite e reportam o resultado ao robô. O ruído fica mais alto à medida que a amplitude aumenta.

Isso pode ser útil para um robô que estuda vida selvagem; detectar e seguir ruídos altos pode ser um dos pontos de dados para localizar animais. Um sensor de som para reconhecimento de voz, que responde a comandos falados por um usuário, é uma aplicação mais complexa.

Um robô básico pode ser programado para navegar ouvindo sons. Considere um robô que vira à direita com uma palma e à esquerda com duas palmas. Reconhecimento de fala e voz podem ser feitos usando o mesmo microfone em robôs complexos. Sensores de som são mais difíceis de implementar que sensores de luz, pois produzem uma diferença de tensão muito pequena que deve ser amplificada para produzir uma mudança de tensão discernível.

Sensores de Proximidade

Um sensor de proximidade em robótica detecta um objeto próximo sem exigir contato físico. O transmissor envia radiação eletromagnética ao sensor adjacente, e o receptor recebe e analisa o sinal de feedback de interrupção. Assim, a quantidade de luz recebida na área pode determinar a presença de objetos vizinhos. Para o robô, os sensores fornecem uma abordagem de evasão de colisão.

Existem muitos tipos de sensores de proximidade, mas apenas alguns são comumente empregados em robôs.

Transceptor Infravermelho (IR)

Uma vez detectado um obstáculo, um LED IR envia um feixe de luz IR que reflete a luz recebida por um receptor IR.

Sensor de Ultrasom

Estes sensores produzem ondas sonoras de alta frequência, e o eco gravado indica que um objeto foi detectado. Sensores de ultrasom também podem medir distâncias.

Fotoresistor como Sensor de Proximidade

Embora um fotoresistor seja um sensor de luz, também pode ser usado como sensor de proximidade. Quando um objeto se aproxima do sensor, a quantidade de luz muda, alterando a resistência do fotoresistor. Isso pode ser detectado e tratado.

Sensores Táteis

Um sensor tátil determina se um objeto está em contato. Permite ao robô "tocar e sentir" objetos comuns como corrimãos e luzes que diminuem ou aumentam ao pressionar a base. Estes sensores monitoram aplicações e interagem com o ambiente de forma gentil. Dividem-se em duas categorias: Sensores de Toque e Sensores de Força.

Sensores de Toque

Sensores de toque em robótica, também conhecidos como sensores de contato, detectam e sentem o toque de um sensor ou objeto. Micro-interruptores, interruptores de limite e outros pequenos dispositivos são frequentemente utilizados. A maioria destes sensores é empregada por robôs para evitar obstáculos. Quando detectam uma obstrução, o robô recebe uma tarefa que pode ser revertida, virada, ligada, desligada, etc.

Sensores de Força

Sensores de força em robótica calculam as forças envolvidas nas várias funções do robô, como carregamento e descarregamento de máquinas, manuseio de materiais, etc. Este sensor também melhora o processo de montagem para solução de problemas. Um sensor de força-torque dá aos braços robóticos a sensação de completar uma tarefa de montagem; sensores de estado interno medem o efetor final.

Sensores de Temperatura

Sensores de temperatura em robótica medem mudanças de calor/temperatura no ambiente onde são empregados. Funcionam no conceito de mudança de diferença de tensão para uma mudança de temperatura; essa mudança de tensão fornece a temperatura equivalente da área circundante. Temperatura do ar, superfície e imersão são aplicações para detecção de temperatura.

Sensores de Navegação e Posicionamento

Sensores de posicionamento em robótica estimam o posicionamento do robô. O GPS (Sistema de Posicionamento Global) é o sensor de posicionamento mais comum. Satélites orbitando a Terra enviam sinais, captados e processados pelo receptor do robô. Calcula-se a posição e velocidade aproximadas do robô usando os dados analisados. Os três sensores de navegação mais comuns incluem:

GPS

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é o sensor de posicionamento mais amplamente usado. Satélites enviam sinais, captados e processados pelo receptor do robô. Os dados processados calculam a posição e velocidade aproximadas do robô. Estes sistemas GPS são incrivelmente úteis para robôs ao ar livre, mas ineficazes em ambientes internos. Também são um pouco caros atualmente, mas se seus preços caírem, logo veremos a maioria dos robôs equipados com módulo GPS.

Bússola Magnética Digital

Semelhante a uma bússola magnética portátil, a Bússola Magnética Digital usa o campo magnético da Terra para produzir medições direcionais, guiando seu robô na direção apropriada para atingir seu alvo. Estes sensores são mais baratos que módulos GPS, porém se você precisa tanto de feedback posicional quanto de navegação, uma bússola deve ser usada em conjunto com um módulo GPS.

Localização

A tarefa de determinar autonomamente a localização de um robô em um ambiente complexo é conhecida como localização. Elementos externos chamados marcos (landmarks), colocados propositalmente ou naturais, determinam a localização. Marcadores ou beacons artificiais são colocados ao redor do robô na primeira fase, e o sensor do robô registra estes sinais para identificar sua localização exata.

Sensores de Aceleração

Sensores de aceleração em robótica medem a aceleração e inclinação do robô. Um acelerômetro é afetado por dois tipos de forças:

Força Estática

A força que existe entre quaisquer dois objetos. Podemos determinar o quanto o robô inclina detectando sua gravidade. Este parâmetro é útil para robôs de equilíbrio ou avaliar se um robô está subindo ou descendo.

Força Dinâmica

A velocidade com que um objeto deve ser movido. A velocidade/velocidade na qual um robô se move é determinada medindo a força dinâmica com um acelerômetro.

Outros Sensores Robóticos

Existem centenas de sensores disponíveis agora que podem detectar praticamente qualquer coisa imaginável, sendo quase impossível listá-los todos. Além dos listados acima, há uma variedade de outros sensores usados para aplicações específicas. Considere as seguintes condições:

• Sensores de Umidade: determinam a quantidade de umidade no ar.
• Sensores de Gás: detectam gases específicos.
• Potenciômetros: extremamente versáteis, usados em ampla gama de aplicações.
• Sensores de Campo Magnético: medem a força do campo magnético ao redor.

Conclusão

Alguns fotoresistores ou um sensor infravermelho podem criar um robô simples de evasão de obstáculos. Quanto mais complexo seu robô, mais sensores ele terá. Uma única operação pode exigir múltiplos sensores, ou várias tarefas podem ser realizadas com um único sensor. Às vezes, uma tarefa pode ser completada usando qualquer um dos vários sensores disponíveis. Baseado em disponibilidade, acessibilidade e facilidade de uso, escolha o sensor ideal. Também existe a opção de comprar um braço robótico com sensor acoplado pelo fabricante, o que idealmente economiza o custo de comprar cada um independentemente.