1: TRANSISTOR –ON–; 0: TRANSISTOR –OFF–
6.2.4Cảm biến, tín hiệu đo l−ờng và điều khiển
Các cảm biến sử dụng trong Robot có thể đ−ợc phân chia thành các cảm biến bên trong và cảm biến ngoài. Hầu hết các Robot trong công nghiệp chỉ sử dụng loại cảm biến bên trong và việc sử dụng các cảm biến ngoài là rất cần thiết đối với các Robot thông minh và tự động.
Cảm biến trong: Các cảm biến này đo các thuộc tính bên trong của Robot nh− chuyển động của các khớp hay lực tác động lên các khớp. Có một số dạng cảm biến bên trong sau:
- Các bộ m∙ hoá và phân tích: Các cảm biến này đo góc t−ơng đối giữa hai liên kết kề nhau (nối với nhau bằng một khớp).
- Các bộ đo vị trí tuyến tính: Các cảm biến này xác định vị trí t−ơng đối của hai vật nối với nhau bằng khớp tr−ợt.
- Bộ đo tốc độ: Bộ cảm biến này sẽ đ−a ra một điện thế tỷ lệ với tốc độ động cơ hoặc khớp liên kết bằng cách vi phân các tín hiệu vị trí của bộ m∙ hoá. Tuy nhiên các tín hiệu này th−ờng ở dạng nhị phân và ph−ơng pháp vi phân số sẽ đ−a ra kết quả không thật chính xác đối với các vận tốc chậm hay tần số mẫu cao.
- Cảm biến dòng hay moment xoắn: Các cảm biến này đo dòng trong các động cơ hoặc trực tiếp hơn là đo moment xoắn tác động vào khớp liên kết.
- Bộ đo gia tốc: Đo gia tốc (theo một hay nhiều h−ớng không gian) tại một điểm của Robot mà nó gắn vào. Các bộ đo gia tốc sẽ cho kết quả không thật chính xác khi gia tốc nhỏ và các gia tốc góc khó đo hơn các gia tốc tr−ợt.
Cảm biến ngoài: Dùng để đo các thuộc tính t−ơng tác giữa Robot và môi tr−ờng xung quanh.
- Cảm biến lực/moment: đo một đến 6 thành phần lực tác động ảnh h−ởng đến cảm biến. Về mặt vật lý, các cảm biến lực th−ờng là các cảm biến biến dạng: chúng xác định các biến dạng của chúng d−ới tác động của ngoại lực sau đó nhân với ma trận độ cứng của chúng. Với các biến dạng nhỏ, ng−ời ta sử dụng thiết bị đo độ căng; đối với các
biến dạng lớn (chuyển vị lớn) các phép đo quang học trở nên phù hợp hơn. Các cảm biến này đ−a ra các thông tin vô h−ớng và rất cục bộ (chỉ các điểm tiếp xúc với môi tr−ờng đ−a ra tín hiệu) , và rất khó xác định vị trí và h−ớng tác động từ các kết quả đo lực và moment.
- Cảm biến đo khoảng cách: Có rất nhiều dạng với các đặc tr−ng khác nhau. Một số dạng thông th−ờng nhất là: Cảm biến siêu âm (giá thành rẻ nh−ng sai số khá cao do (i) chùm tia quét rộng (>10 độ), và (ii) sự truyền sóng âm trong không khí bị ảnh h−ởng rất lớn bởi sự nhiễu loạn và cả nhiệt độ của không khí. Th−ờng dùng để đo trong khoảng 5- 15m); Cảm biến hồng ngoại (do khoảng cách bằng cách so sánh c−ờng độ tia hồng ngoại phát ra và phản xạ về. Các cảm biến này chịu ảnh h−ởng của tính chất bề mặt phản xạ. Khoảng làm việc: vài mm đến vài cm); Cảm biến laser (làm việc hoặc theo nguyên lý thời gian - nhân vận tốc ánh sáng với khoảng thời gian phát và thu tín hiệu phản xạ của một xung ánh sáng- hoặc thay đổi về pha của tín hiệu lúc phát đi và nhận về. Khoảng làm việc có thể theo nhiều dải từ vài mét đến hàng trăm mét).
- Con quay hồi chuyển: để đo sự thay đổi về h−ớng của Robot.
- Camera: Đ−a ra hình ảnh d−ới dạng ma trận điểm ảnh th−ờng có kích th−ớc 640x512 điểm. Loại này có −u điểm là đ−a ra đ−ợc thông tin toàn cảnh nh−ng nh−ợc điểm lớn nhất là vấn đề xử lý và nhận dạng ảnh làm sao để máy tính có thể nhận dạng giống nh− ng−ời.
- Xúc giác: Đó là các cảm biến "da nhân tạo" nh−ng có độ phân giải thấp hơn nhiều, th−ờng dùng để nhận biết các điểm tiếp xúc trên các ngón tay của Robot.
Các cảm biến liên tục chuyển các đại l−ợng vật lý thành các tín hiệu có thể đo đ−ợc nh− tín hiệu về dòng điện hoặc điện thế. Ví dụ nh− một cảm biến do nhiệt độ, thiết bị này sẽ thay đổi điện thế đầu ra tỷ lệ thuận với nhiệt độ đ−ợc đo, một máy tính có thể đo giá trị điện thế này và chuyển nó thành chỉ số nhiệt độ. Các đại l−ợng vật lý đ−ợc đo bằng các cảm biến bao gồm:
- Góc hoặc vị trí t−ơng đối. - Gia tốc.
- Nhiệt độ.
- L−u l−ợng hoặc áp suất dòng chảy. - Lực, chuyển vị hoặc ứng suất. - C−ờng độ ánh sáng.
- Tiếng ồn.
Hầu hết các cảm biến này dựa trên cơ sở lợi dụng các tính chất điện của các vật liệu hay các thiết bị và chúng th−ờng có các bộ khuyếch đại để đ−a các dòng điện hoặc điện thế sang dải điện thế cao.