Varias tecnologías de sensores clave que juegan un papel importante en los robots de hoy en día incluyen sensores de posición magnética, sensores de presencia, sensores de gestos, sensores de fuerza y torque, sensores ambientales y sensores de gestión de energía.
Sensores de posición magnética
Los circuitos integrados de sensor de posición angular magnética (ICS) son una de las tecnologías de sensores más utilizadas en robots de consumo, profesionales de servicios, sociales e incluso industriales en la actualidad. Hoy, casi todas las articulaciones de un robot de consumo, profesional de servicios o sociales utilizan dos o más sensores de posición angular magnética.
Para cada eje de movimiento o rotación de la articulación, se usa al menos un sensor de posición angular magnética. Muchos de los robots actuales usan pequeños pero potentes motores DC sin escobillas (BLDC) para mover las juntas y las extremidades del robot. Para conducir adecuadamente los motores, se requiere retroalimentación de posición del motor.
Además, el control del motor de circuito cerrado de las juntas del robot también requiere retroalimentación de posición del ángulo de engranaje de la junta. Por lo tanto, para las articulaciones del robot, se requieren dos sensores de posición angular magnética en cada eje de movimiento, y los IC del sensor de posición angular magnética pueden proporcionar retroalimentación de conmutación del motor al controlador del motor articular.
Brazo robótico con sensor de posición magnética
Por ejemplo, se utilizan un total de cuatro sensores de posición magnética para un tobillo robot que requiere movimiento axial tanto en tono como en rollo. Al tener este tipo de conexiones múltiples por articulación y reconocer la gran cantidad de articulaciones requeridas para la mayoría de los robots, está claro por qué los sensores de posición angular magnética son tan prolíficos en los últimos productos robóticos actuales.
Sensores de presencia
Hoy en día, varias tecnologías de sensores de presencia se integran en los robots actuales y su información se fusiona para proporcionar una detección robótica de la visión espacial, así como la detección y evitación de objetos. Las cámaras de visión estéreo 2D y 3D se encuentran comúnmente en muchos de los nuevos robots de servicios profesionales y de consumo actuales.
Sin embargo, las nuevas tecnologías de sensores avanzados, como los sensores de tiempo de vuelo, incluidos los sensores de detección de luz y de rango (LIDAR), también se implementan cada vez más en robots. Lidar proporciona un mapeo 3D de alta resolución del espacio en el que está operando el robot y su entornos para que pueda realizar mejor tareas y moverse.
Mapeo de lidar
Del mismo modo, los sensores ultrasónicos se utilizan para la detección de presencia. Al igual que sus contrapartes en automóviles utilizados para sistemas de alarma de seguridad cuando están en espera, los sensores ultrasónicos en los robots se utilizan para detectar obstáculos cercanos y evitar que se estrellen en paredes, objetos, otros robots y entre humanos.
Además, pueden desempeñar un papel en los robots que realizan tareas funcionales importantes. Por lo tanto, los sensores ultrasónicos juegan un papel importante en la navegación de campo cercano y la evitación de obstáculos, proporcionando en última instancia el rendimiento y la seguridad generales de los robots.
Sin embargo, los sensores ultrasónicos tienen un rango limitado, desde aproximadamente un centímetro hasta varios metros y un cono de orientación máxima de aproximadamente 30 grados. Son relativamente económicos y ofrecen una buena precisión en rangos cercanos, pero su precisión disminuye con el aumento del rango y el ángulo de medición.
También son susceptibles a las variaciones de temperatura y presión y a la interferencia de otros robots de proximidad que usan sensores ultrasónicos sintonizados a la misma frecuencia. Sin embargo, cuando se usan en combinación con otros sensores de presencia, pueden proporcionar información de posición útil y confiable.
Cuando los datos de todos estos sensores de presencia (cámaras 2D/3D, LIDAR y ultrasonido) se fusionan juntos, como ahora estamos comenzando a ver en robots de servicio de consumo/profesionales de alta gama, estos robots pueden lograr espaciales espaciales Conciencia y movimiento y realización de tareas más complejas sin dañarse a sí mismas, a las personas o a su entorno.
Sensores de gestos
Los sensores de gestos también se integran cada vez más en algunos de los robots más sofisticados de hoy para ayudar a proporcionar comandos de interfaz de usuario. La tecnología de sensores de gestos incluye sensores ópticos y sensores de banda de brazo de control usados por el operador del robot.
Utilizando sensores de gestos basados en ópticos, los robots pueden ser entrenados para reconocer movimientos específicos de las manos y realizar ciertas tareas basadas en gestos específicos o movimientos de las manos. Estos tipos de sensores de gestos ofrecen muchas oportunidades en el hogar u hospital para personas con discapacidades y capacidades de comunicación limitadas, así como en fábricas inteligentes.
Utilizando sensores controlados por el brazo, el usuario puede comunicarse y controlar los robots colaborativos, industriales, médicos o militares colaborativos para realizar y/o imitar ciertas tareas en función de cómo el operador se mueve y gestica su brazo. Por ejemplo, un cirujano que usa sensores de brazaletes en cada brazo puede controlar un par de brazos de robot de telemedicina para realizar una cirugía, posiblemente tan lejos como el otro lado del mundo.
Sensores de torque de fuerza
Los sensores de torque de fuerza también se usan cada vez más en los robots de próxima generación actual. Los sensores de torque de fuerza no solo se usan en los efectores finales y las miras de robots, sino que ahora también se usan en otras partes del robot, como el torso, los brazos, las piernas y la cabeza. Estos sensores de torque de fuerza especializados se utilizan para monitorear los movimientos de velocidad de las extremidades, detectar obstáculos y proporcionar alertas de seguridad al procesador central del robot.
Por ejemplo, cuando un sensor de torque de fuerza en un brazo de robot detecta una fuerza repentina e inesperada debido a que el brazo golpea un objeto, su software de seguridad de control puede hacer que el brazo deje de moverse y se retraiga a su posición.
El sensor de torque de fuerza también se usa junto con los sensores de presencia, así como otros sensores de monitoreo de seguridad, como los sensores ambientales, para proporcionar capacidades generales de monitoreo de área segura.
Sensores ambientales
Una variedad de sensores ambientales también están llegando a la robótica industrial y de consumo. Sensores ambientales que pueden detectar VOC (compuestos orgánicos volátiles) con respecto a los sensores de calidad del aire, temperatura y humedad, sensores de presión e incluso sensores que pueden detectar iluminación. Estos sensores no solo ayudan a garantizar que los robots puedan continuar operando de manera eficiente y segura, sino que también hacen que los locales de los robots sean conscientes de las condiciones ambientales inseguras.
Sensores de gestión de energía
Los sensores de administración de energía también se integran en los robots automatizados de hoy para ayudar a extender el tiempo de funcionamiento del robot entre los cargos y para garantizar que las baterías de iones de litio, las baterías más comunes utilizadas en los robots automatizados de hoy, no sean sobrecargadas o drenadas durante el uso. Ver Figura 4. 0.
Los sensores de gestión de energía también se utilizan en las áreas de regulación de voltaje, así como la gestión de energía y térmica de motores articulares de robots. Todas las electrónicas robóticas a bordo, como microprocesadores, sensores y actuadores, requieren suministros y regulación de ondulación de bajo ruido para garantizar que funcionen de manera eficiente y correcta.
Las últimas soluciones de sensores para la gestión de energía robótica incluyen el recuento de Coulomb para la descarga y la carga de la batería, sensores de monitoreo de sobrecalentamiento precisos y confiables para reguladores de voltaje y sensores de corriente en dispositivos de gestión de baterías.
Gracias a la integración y fusión de todas estas nuevas tecnologías de sensores, los últimos robots de hoy pueden operar de manera más independiente y segura. Además, gracias a mejoras significativas en la potencia informática, el software y la inteligencia artificial, y al trabajar en concierto con estas nuevas tecnologías de sensores, estos robots de próxima generación se pueden adaptar más fácilmente a una amplia gama de requisitos de aplicación.
Además, pueden realizar tareas con mayor precisión y más rápido que sus predecesores. Finalmente, pueden operar y trabajar de manera más independiente, colaborativa y segura con humanos en una gama más amplia de entornos de hogar, negocios y fabricación.