سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی بهآکار میآروند. عملکرد سنسورها بدینآگونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد میآکنند، که با پردازش این سیگنالآهای الکتریکی میآتوان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیمآگیریآهای بعدی از آنآها استفاده نمود.
سنسورها را میآتوان از دیدگاهآهای مختلف به دستهآهای متفاوتی تقسیم کرد که در ذیل میآآید:
a. سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطراف ربات، دریافت میآنمایند.
b. سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، از جمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آنآها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت میآنمایند.
c. سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آنآها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت میآشود.
d. سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار میآکنند، بهآ آهمین دلیل ارزانآتر، سادهآتر و دارای کارایی کمتر هستند.
سنسورها از لحاظ فاصلهآای که با هدف مورد نظر باید داشته باشند به سه قسمت تقسیم میآشوند:
§ سنسور تماسی: این نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرکآها مخصوصا در عوامل نهایی یافت میآشوند و به دو بخش قابل تفکیکآاند.
i. سنسورهای تشخیص تماس
ii. سنسورهای نیرو-فشار
§ سنسورهای مجاورتی: این گروه مشابه سنسورهای تماسی هستند، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتما با شی در تماس باشد. عموما این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین دشوارترند ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار میآدهند.
دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:
i. حس کردن استاتیک: در این روش محرکآها ثابتآاند و حرکتآهایی که صورت میآگیرد بدون مراجعه لحظهآای به سنسورها صورت میآگیرد.به عنوان مثال در این روش ابتدا موقعیت شی تشخیص داده میآشود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت میآگیرد.
ii. حس کردن حلقه بسته: در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل میآشوند. اغلب سنسورها در سیستمآهای بینا اینآگونهآاند.
حال از لحاظ کاربردی با نمونهآهایی از انواع سنسورها در ربات آشنا میآشویم:
a. سنسورهای بدنه (Body Sensors) : این سنسورها اطلاعاتی را درباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار داردفراهم میآکنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیتآهایی که در سوییچآها حاصل میآشود، به دست میآآیند. با دریافت و پردازش اطلاعات بدست آمده ربات میآتواند از شیب حرکت خود و اینآکه به کدام سمت در حال حرکت است گاه شود. در نهایت هم عکسآالعملی متناسب با ورودی دریافت شده از خود بروز میآدهد.
b. سنسور جهتآیاب مغناطیسی(Direction Magnetic Field Sensor): با بهرهآگیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطبآنمای الکترونیکی هم ساخته شده است که میآتواند اطلاعاتی را درباره جهتآهای مغناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک میآکند تا بتواند از جهت حرکت خود گاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمصمآگیری کند. این سنسورها دارای چهار خروجی میآباشند که هرکدام مبین یکی از جهتآها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیز میآتوان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکانآپذیر ساخت.
c. سنسورهای فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبیهآسازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظر میآرسد. اما سنسورهای سادهآای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرار میآگیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیلآها در دستآاندازها استفاده میآشود. این سنسورها در دستآها و بازوهای رباتآ هم به منظورهای مختلفی استفاده میآشوند. مثلا برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شی. همچنین این سنسورها به رباتآها برای اعمال نیروی کافی برای بلند کردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک میآکند. با توجه به این توضیحات میآتوان عملکرد آنآها را به چهار دسته زیر تقسیم کرد: 1- رسیدن به هدف، 2- جلوگیری از برخورد، 3- تشخیص یک شی.
d. سنسورهای گرمایی (Heat Sensors): یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمینستورها هستند. این سنسورها المانآهای مقاومتی پسیوی هستند که مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر میآکند. بسته به اینکه در اثر گرما مقاومتشان افزایش یا کاهش میآیابد، برای آنآها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یا منفی را تعریف میآکنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپلآها هستند که آنآها نیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید میآکنند. در استفاده از این سنسورها معمولا یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطهآای که باید دمایش اندازهآگیری شود، قرار میآدهند.
e. سنسورهای بویایی (Smell Sensors): تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه حس بویایی انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود یکآسری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیهآای مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذیه میآشود، در کنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت لازم برای پاسخآگویی سنسور به محرکآهای محیطی فراهم میآشود. برای کالیبره کردن این دستگاه ابتدا مقدار ناچیزی از هر بو یا عطر دلخواه را به سیستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت میآکنند و پس از آن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در استفادهآهای بعدی به کار میآآبرند. اصولا در ساختمان این سیستم چند سنسور، به طور همزمان عمل میآکنند و سپس پاسخآهای دریافتی از آنآها به شبکهآ عصبی ربات منتقل شده و تحلیل و پردازش لازم روی آن صورت میآگیرد. نکته مهم درباره کار این سنسورها در این است که آنآها نمیآتوانند یک بو یا عطر را به طور مطلق اندارهآ بگیرند. بلکه با اندازهآگیری اختلاف بین آنآها به تشخیص بو میآپردازند.
f. سنسورهای موقعیت مفاصل : رایجآترین نوع این سنسورها کدگشاها (Encoders) هستند که هم از قدرت بالای تبادل اطلاعات با کامپیوتر برخوردارند و هم اینکه ساده، دقیق، مورد اعتماد و نویز ناپذیرند. این دسته انکدرها را به دو دسته میآتوان تقسیم کرد:
i. انکدرهای مطلق: در این کدگشا ها موقعیت به کد باینری یا کد خاکستری BCD (Binary Codded Decible ) تبدیل میآشود. این انکدرها به علت سنگینی و گرانآقیمت بودن و اینکه سیگنالآهای زیادی را برای ارسال اطلاعات نیاز دارند، کاربرد وسیعی ندارند. همانطور که میآدانیم بهآکار گیری تعداد زیادی سیگنال درصد خطای کار را افزایش میآدهد و این اصلا مطلوب نیست. پس از این انکدرها فقط در مواردی که مطلق بودن مکانآها برای ما خیلی مهم است و مشکلی هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده میآشود.
ii. انکدرهای افزاینده: این کدگشا ها دارای قطار پالس و یک پالس مرجع که برای کالیبره کردن بکار میآرود هستند، از روی شمارش قطارهای پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعیت مورد نظر دست میآیابند. از روی فرکانس (عرض پالسآها) میآتوان به سرعت چرخش و از روی محاسبه تغییرات فرکانس در واحد زمان (تغییرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوارنی پی برد. حتی میآتوان جهت چرخش را نیز فهمید. فرض کنید سیگنالآهای A و B و C سه سیگنالی باشند که از کدگشا به کنترلآکننده ارسال میآشود. B سیگنالی است که با یک چهارم پریود تاخیر نسبت به A. از روی اختلاف فاز بین این دو میآتوان به جهت چرخش پی برد.
http://www.abbas3stars.blogfa.com/
سنسورها را میآتوان از دیدگاهآهای مختلف به دستهآهای متفاوتی تقسیم کرد که در ذیل میآآید:
a. سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطراف ربات، دریافت میآنمایند.
b. سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، از جمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آنآها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت میآنمایند.
c. سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آنآها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت میآشود.
d. سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار میآکنند، بهآ آهمین دلیل ارزانآتر، سادهآتر و دارای کارایی کمتر هستند.
سنسورها از لحاظ فاصلهآای که با هدف مورد نظر باید داشته باشند به سه قسمت تقسیم میآشوند:
§ سنسور تماسی: این نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرکآها مخصوصا در عوامل نهایی یافت میآشوند و به دو بخش قابل تفکیکآاند.
i. سنسورهای تشخیص تماس
ii. سنسورهای نیرو-فشار
§ سنسورهای مجاورتی: این گروه مشابه سنسورهای تماسی هستند، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتما با شی در تماس باشد. عموما این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین دشوارترند ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار میآدهند.
دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:
i. حس کردن استاتیک: در این روش محرکآها ثابتآاند و حرکتآهایی که صورت میآگیرد بدون مراجعه لحظهآای به سنسورها صورت میآگیرد.به عنوان مثال در این روش ابتدا موقعیت شی تشخیص داده میآشود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت میآگیرد.
ii. حس کردن حلقه بسته: در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل میآشوند. اغلب سنسورها در سیستمآهای بینا اینآگونهآاند.
حال از لحاظ کاربردی با نمونهآهایی از انواع سنسورها در ربات آشنا میآشویم:
a. سنسورهای بدنه (Body Sensors) : این سنسورها اطلاعاتی را درباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار داردفراهم میآکنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیتآهایی که در سوییچآها حاصل میآشود، به دست میآآیند. با دریافت و پردازش اطلاعات بدست آمده ربات میآتواند از شیب حرکت خود و اینآکه به کدام سمت در حال حرکت است گاه شود. در نهایت هم عکسآالعملی متناسب با ورودی دریافت شده از خود بروز میآدهد.
b. سنسور جهتآیاب مغناطیسی(Direction Magnetic Field Sensor): با بهرهآگیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطبآنمای الکترونیکی هم ساخته شده است که میآتواند اطلاعاتی را درباره جهتآهای مغناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک میآکند تا بتواند از جهت حرکت خود گاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمصمآگیری کند. این سنسورها دارای چهار خروجی میآباشند که هرکدام مبین یکی از جهتآها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیز میآتوان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکانآپذیر ساخت.
c. سنسورهای فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبیهآسازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظر میآرسد. اما سنسورهای سادهآای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرار میآگیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیلآها در دستآاندازها استفاده میآشود. این سنسورها در دستآها و بازوهای رباتآ هم به منظورهای مختلفی استفاده میآشوند. مثلا برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شی. همچنین این سنسورها به رباتآها برای اعمال نیروی کافی برای بلند کردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک میآکند. با توجه به این توضیحات میآتوان عملکرد آنآها را به چهار دسته زیر تقسیم کرد: 1- رسیدن به هدف، 2- جلوگیری از برخورد، 3- تشخیص یک شی.
d. سنسورهای گرمایی (Heat Sensors): یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمینستورها هستند. این سنسورها المانآهای مقاومتی پسیوی هستند که مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر میآکند. بسته به اینکه در اثر گرما مقاومتشان افزایش یا کاهش میآیابد، برای آنآها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یا منفی را تعریف میآکنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپلآها هستند که آنآها نیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید میآکنند. در استفاده از این سنسورها معمولا یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطهآای که باید دمایش اندازهآگیری شود، قرار میآدهند.
e. سنسورهای بویایی (Smell Sensors): تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه حس بویایی انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود یکآسری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیهآای مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذیه میآشود، در کنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت لازم برای پاسخآگویی سنسور به محرکآهای محیطی فراهم میآشود. برای کالیبره کردن این دستگاه ابتدا مقدار ناچیزی از هر بو یا عطر دلخواه را به سیستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت میآکنند و پس از آن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در استفادهآهای بعدی به کار میآآبرند. اصولا در ساختمان این سیستم چند سنسور، به طور همزمان عمل میآکنند و سپس پاسخآهای دریافتی از آنآها به شبکهآ عصبی ربات منتقل شده و تحلیل و پردازش لازم روی آن صورت میآگیرد. نکته مهم درباره کار این سنسورها در این است که آنآها نمیآتوانند یک بو یا عطر را به طور مطلق اندارهآ بگیرند. بلکه با اندازهآگیری اختلاف بین آنآها به تشخیص بو میآپردازند.
f. سنسورهای موقعیت مفاصل : رایجآترین نوع این سنسورها کدگشاها (Encoders) هستند که هم از قدرت بالای تبادل اطلاعات با کامپیوتر برخوردارند و هم اینکه ساده، دقیق، مورد اعتماد و نویز ناپذیرند. این دسته انکدرها را به دو دسته میآتوان تقسیم کرد:
i. انکدرهای مطلق: در این کدگشا ها موقعیت به کد باینری یا کد خاکستری BCD (Binary Codded Decible ) تبدیل میآشود. این انکدرها به علت سنگینی و گرانآقیمت بودن و اینکه سیگنالآهای زیادی را برای ارسال اطلاعات نیاز دارند، کاربرد وسیعی ندارند. همانطور که میآدانیم بهآکار گیری تعداد زیادی سیگنال درصد خطای کار را افزایش میآدهد و این اصلا مطلوب نیست. پس از این انکدرها فقط در مواردی که مطلق بودن مکانآها برای ما خیلی مهم است و مشکلی هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده میآشود.
ii. انکدرهای افزاینده: این کدگشا ها دارای قطار پالس و یک پالس مرجع که برای کالیبره کردن بکار میآرود هستند، از روی شمارش قطارهای پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعیت مورد نظر دست میآیابند. از روی فرکانس (عرض پالسآها) میآتوان به سرعت چرخش و از روی محاسبه تغییرات فرکانس در واحد زمان (تغییرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوارنی پی برد. حتی میآتوان جهت چرخش را نیز فهمید. فرض کنید سیگنالآهای A و B و C سه سیگنالی باشند که از کدگشا به کنترلآکننده ارسال میآشود. B سیگنالی است که با یک چهارم پریود تاخیر نسبت به A. از روی اختلاف فاز بین این دو میآتوان به جهت چرخش پی برد.
http://www.abbas3stars.blogfa.com/
