رباتيك :
مطلب: عملكرد سنسور در ربات
ارسال شده در دوشنبه 12 مرداد ماه 1388 توسط whiteapple

سنسورها اغلب براي درك اطلاعات تماسي، تنشي، مجاورتي، بينايي و صوتي به‌كار مي‌روند. عملكرد سنسورها بدين‌گونه است كه با توجه به تغييرات فاكتوري كه نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژي ناچيزي را در پاسخ ايجاد مي‌كنند، كه با پردازش اين سيگنال‌هاي الكتريكي مي‌توان اطلاعات دريافتي را تفسير كرده و براي تصميم‌گيري‌هاي بعدي از آن‌ها استفاده نمود. سنسورها را مي‌توان از ديدگاه‌هاي مختلف به دسته‌هاي متفاوتي تقسيم كرد كه در ذيل مي‌آيد:

* a. سنسور محيطي: اين سنسورها اطلاعات را از محيط خارج و وضعيت اشياي اطراف ربات، دريافت مي‌نمايند.

* b. سنسور بازخورد: اين سنسور اطلاعات وضعيت ربات، از جمله موقعيت بازوها، سرعت حركت و شتاب آن‌ها و نيروي وارد بر درايورها را دريافت مي‌نمايند.

* c. سنسور فعال: اين سنسورها هم گيرنده و هم فرستنده دارند و نحوه كار آن‌ها بدين ترتيب است كه سيگنالي توسط سنسور ارسال و سپس دريافت مي‌شود.

* d. سنسور غيرفعال: اين سنسورها فقط گيرنده دارند و سيگنال ارسال شده از سوي منبعي خارجي را آشكار مي‌كنند، به‌ ‌همين دليل ارزان‌تر، ساده‌تر و داراي كارايي كمتر هستند.

سنسورها از لحاظ فاصله‌اي كه با هدف مورد نظر بايد داشته باشند به سه قسمت تقسيم مي‌شوند: §سنسور تماسي: اين نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرك‌ها مخصوصا در عوامل نهايي يافت مي‌شوند و به دو بخش قابل تفكيك‌اند. i.سنسورهاي تشخيص تماس ii. سنسورهاي نيرو-فشار §

سنسورهاي مجاورتي: اين گروه مشابه سنسورهاي تماسي هستند، اما در اين مورد براي حس كردن لازم نيست حتما با شي در تماس باشد. عموما اين سنسورها از نظر ساخت از نوع پيشين دشوارترند ولي سرعت و دقت بالاتري را در اختيار سيستم قرار مي‌دهند. دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد: i. حس كردن استاتيك:در اين روش محرك‌ها ثابت‌اند و حركت‌هايي كه صورت مي‌گيرد بدون مراجعه لحظه‌اي به سنسورها صورت مي‌گيرد.به عنوان مثال در اين روش ابتدا موقعيت شي تشخيص داده مي‌شود و سپس حركت به سوي آن نقطه صورت مي‌گيرد. ii. حس كردن حلقه بسته:در اين روش بازوهاي ربات در طول حركت با توجه به اطلاعات سنسورها كنترل مي‌شوند. اغلب سنسورها در سيستم‌هاي بينا اين‌گونه‌اند.

حال از لحاظ كاربردي با نمونه‌هايي از انواع سنسورها در ربات آشنا مي‌شويم:

a. سنسورهاي بدنه (Body Sensors) : اين سنسورها اطلاعاتي را درباره موقعيت و مكاني كه ربات در آن قرار داردفراهم مي‌كنند. اين اطلاعات نيز به كمك تغيير وضعيت‌هايي كه در سوييچ‌ها حاصل مي‌شود، به دست مي‌آيند. با دريافت و پردازش اطلاعات بدست آمده ربات مي‌تواند از شيب حركت خود و اين‌كه به كدام سمت در حال حركت است آگاه شود. در نهايت هم عكس‌العملي متناسب با ورودي دريافت شده از خود بروز مي‌دهد.

b. سنسور جهت‌ياب مغناطيسي(Direction Magnetic Field Sensor): با بهره‌گيري از خاصيت مغناطيسي زمين و ميدان مغناطيسي قوي موجود، قطب‌نماي الكترونيكي هم ساخته شده است كه مي‌تواند اطلاعاتي را درباره جهت‌هاي مغناطيسي فراهم سازد. اين امكانات به يك ربات كمك مي‌كند تا بتواند از جهت حركت خود آگاه شده و براي تداوم حركت خود در جهتي خاص تصمصم‌گيري كند.اين سنسورها داراي چهار خروجي مي‌باشند كه هركدام مبين يكي از جهت‌ها است. البته با استفاده از يك منطق صحيح نيز مي‌توان شناخت هشت جهت مغناطيسي را امكان‌پذير ساخت.

c. سنسورهاي فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبيه‌سازي حس لامسه انسان كاري دشوار به نظر مي‌رسد. اما سنسورهاي ساده‌اي وجود دارند كه براي درك لمس و فشار مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از اين سنسورها در جلوگيري از تصادفات و افتادن اتومبيل‌ها در دست‌اندازها استفاده مي‌شود. اين سنسورها در دست‌ها و بازوهاي ربات‌ هم به منظورهاي مختلفي استفاده مي‌شوند.مثلا براي متوقف كردن حركت ربات در هنگام برخورد عامل نهايي با يك شي. همچنين اين سنسورها به ربات‌ها براي اعمال نيروي كافي براي بلند كردن جسمي از روي زمين و قرار دادن آن در جايي مناسب نيز كمك مي‌كند. با توجه به اين توضيحات مي‌توان عملكرد آن‌ها را به چهار دسته زير تقسيم كرد: 1- رسيدن به هدف، 2- جلوگيري از برخورد، 3- تشخيص يك شي.

d. سنسورهاي گرمايي (Heat Sensors): يكي از انواع سنسورهاي گرمايي ترمينستورها هستند. اين سنسورها المان‌هاي مقاومتي پسيوي هستند كه مقاومتشان متناسب با دمايشان تغيير مي‌كند. بسته به اينكه در اثر گرما مقاومتشان افزايش يا كاهش مي‌يابد، براي آن‌ها به ترتيب ضريب حرارتي مثبت يا منفي را تعريف مي‌كنند. نوع ديگري از سنسورهاي گرمايي ترموكوپل‌ها هستند كه آن‌ها نيز در اثر تغيير دماي محيط ولتاژ كوچكي را توليد مي‌كنند. در استفاده از اين سنسورها معمولا يك سر ترموكوپل را به دماي مرجع وصل كرده و سر ديگر را در نقطه‌اي كه بايد دمايش اندازه‌گيري شود، قرار مي‌دهند.

e. سنسورهاي بويايي (Smell Sensors): تا همين اواخر سنسوري كه بتواند مشابه حس بويايي انسان عمل كند، وجود نداشت. آنچه كه موجود بود يك‌سري سنسورهاي حساس براي شناسايي گازها بود كه اصولا هم براي شناسايي گازهاي سمي كاربرد داشتند. ساختمان اين سنسورها به اين صورت است كه يك المان مقاومتي پسيو كه از منبع تغذيه‌اي مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذيه مي‌شود، در كنار يك سنسور قرار دارد كه با گرم شدن اين المان حساسيت لازم براي پاسخ‌گويي سنسور به محرك‌هاي محيطي فراهم مي‌شود. براي كاليبره كردن اين دستگاه ابتدا مقدار ناچيزي از هر بو يا عطر دلخواه را به سيستم اعمال كرده و پاسخ آن را ثبت مي‌كنند و پس از آن اين پاسخ را به عنوان مرجعي براي قياس در استفاده‌هاي بعدي به كار مي‌‌برند. اصولا در ساختمان اين سيستم چند سنسور، به طور همزمان عمل مي‌كنند و سپس پاسخ‌هاي دريافتي از آن‌ها به شبكه‌ عصبي ربات منتقل شده و تحليل و پردازش لازم روي آن صورت مي‌گيرد. نكته مهم درباره كار اين سنسورها در اين است كه آن‌ها نمي‌توانند يك بو يا عطر را به طور مطلق انداره‌ بگيرند. بلكه با اندازه‌گيري اختلاف بين آن‌ها به تشخيص بو مي‌پردازند.

f. سنسورهاي موقعيت مفاصل : رايج‌ترين نوع اين سنسورها كدگشاها (Encoders) هستند كه هم از قدرت بالاي تبادل اطلاعات با كامپيوتر برخوردارند و هم اينكه ساده، دقيق، مورد اعتماد و نويز ناپذيرند. اين دسته انكدرها را به دو دسته مي‌توان تقسيم كرد:

i. انكدرهاي مطلق: در اين كدگشا ها موقعيت به كد باينري يا كد خاكستري BCD (Binary Codded Decible ) تبديل مي‌شود. اين انكدرها به علت سنگيني و گران‌قيمت بودن و اينكه سيگنال‌هاي زيادي را براي ارسال اطلاعات نياز دارند، كاربرد وسيعي ندارند. همانطور كه مي‌دانيم به‌كار گيري تعداد زيادي سيگنال درصد خطاي كار را افزايش مي‌دهد و اين اصلا مطلوب نيست. پس از اين انكدرها فقط در مواردي كه مطلق بودن مكان‌ها براي ما خيلي مهم است و مشكلي هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده مي‌شود.

ii. انكدرهاي افزاينده: اين كدگشا ها داراي قطار پالس و يك پالس مرجع كه براي كاليبره كردن بكار مي‌رود هستند، از روي شمارش قطارهاي پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعيت مورد نظر دست مي‌يابند. از روي فركانس (عرض پالس‌ها) مي‌توان به سرعت چرخش و از روي محاسبه تغييرات فركانس در واحد زمان (تغييرات عرض پالس) به شتاب حركت دوارني پي برد. حتي مي‌توان جهت چرخش را نيز فهميد. فرض كنيد سيگنال‌هاي A و B و C سه سيگنالي باشند كه از كدگشا بهكنترل‌كننده ارسال مي‌شود. B سيگنالي است كه با يك چهارم پريود تاخير نسبت به A. از روي اختلاف فاز بين اين دو مي‌توان به جهت چرخش پي برد