ربات خودران مبتنی بر آردوینو با قابلیت کنترل از راه دور. رباتی که از موانع جلوگیری می کند

سنسور مانع مادون قرمز ماشین ربات YL-63 (FC-51)
سنسور جلوگیری از موانع خودروی هوشمند ماژول ماژول لوله مادون قرمز سنسور فوتوالکتریک انعکاسی

سنسور غیر تماسی YL-63 اشیا را در محدوده فاصله تقریباً صفر تا حد تعیین شده بدون تماس مستقیم با آنها تشخیص می دهد. سازندگان مختلف نام های مختلفی را برای یک دستگاه اختصاص می دهند. برخی سنسور ارائه شده را نام YL-63 و برخی دیگر FC-51 می نامند. سنسور برای استفاده در مواقعی در نظر گرفته شده است که اطلاعات مربوط به فاصله تا جسم مورد نیاز نیست، بلکه فقط در مورد وجود یا عدم وجود آن است. محدودیت فاصله ثبت نام بستگی به تنظیمات دارد. سنسور YL-63 دارای خروجی مجزا است. این یک حسگر نوری است که افزایش شدت تابش مادون قرمز (IR) منعکس شده را در یک فضای کنترل شده ثبت می کند. تغییر در تابش منعکس شده به دلیل قسمت های متحرک مکانیسم ها یا حرکت اجسام اطراف اتفاق می افتد. YL-63 را می توان بر روی یک جسم متحرک برای تعیین موقعیت در فضای اطراف قرار داد. برای تشخیص موانع در حرکت ماشین های چرخدار و ردیاب استفاده می شود. این حسگر می تواند بخشی از کمک بصری برای دانش آموزان در زمینه سیستم های کنترل و اتوماسیون باشد.
این دستگاه حاوی یک منبع تابش IR و یک آشکارساز نوری است. تابش از یک مانع منعکس می شود و توسط یک آشکارساز نوری ثبت می شود. سیگنالی را به مقایسه کننده LM393 ارسال می کند، که برای عملکرد در سطح مشخصی از نور آشکارساز پیکربندی شده است. مقایسه کننده سیگنالی را در خروجی سنسور YL-63 با سطح منطقی پایین یا بالا تولید می کند.

سنسور نوری YL-63 متعلق به کلاس انتشار است. نام گروه سنسورها از بازتاب چند جهتی تشعشع در یک حسگر - انتشار تابش توسط یک سطح بازتابنده - ناشی شده است.
عملکرد دستگاه برای تعیین روشنایی ردیاب نوری است. از آنجایی که YL-63 تابش منعکس شده را می گیرد، یک خطای اندازه گیری فاصله وجود دارد که ناشی از بازتاب متفاوت سطوح اجسام ساخته شده از مواد مختلف است.

ضرایب فاصله برای بازتاب از مواد مختلف.

کاغذ مات سفید	1
پارچه پنبه ای	0,6
پی وی سی خاکستری	0,57
درخت
کم رنگ	0,73
خام	0,4
پلاستیک
سفید	0,7
سیاه	0.22
لاستیک سیاه	0,2-0,15
آلومینیوم برس خورده	1,2
فولاد ضد زنگ جلا داده شده	2,3

بازتاب و جذب متفاوت تابش از مواد مختلف برای عملکرد واحد گیرنده سرعت سنج استفاده می شود. فرض کنید ما داریم. دانستن تعداد دور در دقیقه شفت موتور الزامی است. YL-63 به ما کمک خواهد کرد. کافی است یک تکه کاغذ سفید روی فلایویل بچسبانید، پرتو سنسور را به فلایویل هدایت کنید و واحد دریافت سرعت سنج را بگیرید.
برای کاهش پیامدهای تداخل‌های مختلف، میکروکنترلر پردازشی داده‌های دریافتی از سنسور را در مدت زمان کوتاهی جمع‌آوری و میانگین‌گیری می‌کند. سنسور YL-63 می تواند در دستگاه های بدون MK کار کند.

مولفه های

ولتاژ تغذیه 3.3-5 ولت
فاصله تشخیص تا صفحه مات سفید بازتابنده 0.02-0.3 متر
زاویه تشخیص 35 درجه
ابعاد 43 × 16 × 7 میلی متر

مخاطب

سنسور مانع YL-63 با نام مستعار FC-51 دارای دو شاخه سه پین ​​است:
VCC - قدرت،
GND - سیم مشترک،
خارج - خروج.

شاخص ها

دو نشانگر روی برد ماژول وجود دارد. درخشش سبز نشان می دهد که برق روشن است. هنگامی که یک شی در منطقه تشخیص قرار دارد، LED قرمز روشن می شود.

تنظیم فاصله سنجش

راه اندازی دستگاه با عملکرد نشانگر تشخیص تسهیل می شود. این به شما امکان می دهد YL-63 با نام مستعار FC-51 را برای کار در شرایط واقعی پیکربندی کنید. حساسیت سنسور با استفاده از یک مقاومت متغیر نصب شده روی برد تنظیم می شود. مانع در فاصله مورد نیاز از دستگاه های فوتو حسگر تنظیم می شود. با چرخاندن کنتاکت متحرک مقاومت متغیر روی برد ماژول YL-63، فاصله حسگر تنظیم می شود، LED قرمز روشن می شود. سپس فاصله تحریک با حرکت دادن جسم بازتابنده بررسی می شود. تنظیم حداقل سه بار تکرار می شود.

برنامه ای برای پردازش سیگنال آردوینوYL-63

سیگنال سنسور به پایه 12 آردوینو اعمال می شود.

تنظیم خالی () (
Serial.begin(9600);
pinMode (12، INPUT)؛
}
حلقه خالی() (
Serial.print("سیگنال:");
Serial.println(digitalRead(12));
تاخیر (500);
}

سنسورها یکی از مهمترین نقش ها را در رباتیک ایفا می کنند. ربات با کمک سنسورهای مختلف محیط را حس می کند و می تواند در آن حرکت کند. در قیاس با یک موجود زنده، این اندام های حسی هستند. حتی یک ربات خانگی معمولی نمی تواند بدون ساده ترین حسگرها به طور کامل کار کند. در این مقاله انواع سنسورهای قابل نصب بر روی ربات و کاربرد آنها را از نزدیک بررسی خواهیم کرد.

سنسورهای لمسی

حسگرهای لمسی به ربات این توانایی را می دهند که به تماس ها (نیروها) بین آن و سایر اشیاء در محل کار پاسخ دهد. به طور معمول، این سنسورها به دستکاری‌کننده‌های صنعتی و همچنین روبات‌هایی با کاربردهای پزشکی مجهز هستند. ماشین های مجهز به حسگرهای لمسی می توانند به طور موثر عملیات مونتاژ و بازرسی را انجام دهند، عملکردهایی که نیاز به توجه به ظرافت های کار دارند.

هنگام توسعه روبات‌های انسان‌نمای مدرن، سازندگان آن‌ها را به این حسگرها مجهز می‌کنند تا ماشین‌ها را حتی بیشتر «جان‌دار» کنند و بتوانند اطلاعات دنیای اطراف خود را به معنای واقعی کلمه از طریق لمس درک کنند.

سنسورهای نوری

هنگام ساخت یک ربات، شما به سادگی نمی توانید بدون حسگرهای نوری کار کنید. با کمک آنها، دستگاه همه چیز را در اطراف "دیدن" خواهد کرد. این سنسورها با یک مقاومت نوری کار می کنند. سنسور انعکاس (امیتر و گیرنده) به شما امکان می دهد مناطق سفید یا سیاه روی سطح را تعیین کنید که به عنوان مثال به یک ربات چرخدار اجازه می دهد در امتداد یک خط کشیده حرکت کند یا نزدیکی یک مانع را تعیین کند. منبع نور اغلب یک LED مادون قرمز با یک لنز است و آشکارساز یک فوتودیود یا ترانزیستور نوری است.

دوربین های فیلمبرداری سزاوار توجه ویژه هستند. در واقع این چشمان یک ربات است. این نوع سنسور با توجه به رشد تکنولوژی در زمینه پردازش تصویر امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. همانطور که می دانید، علاوه بر روبات ها، برنامه های کاربردی کافی برای دوربین های ویدئویی وجود دارد: سیستم های مجوز، تشخیص الگو، تشخیص حرکت در صورت فعالیت های امنیتی و غیره.

سنسورهای صدا

این حسگرها برای حرکت ایمن ربات ها در فضا با اندازه گیری فاصله تا یک مانع از چند سانتی متر تا چند متر خدمت می کنند. اینها شامل میکروفون (به شما امکان می دهد صدا، صدا و نویز را ضبط کنید)، فاصله یاب ها، که حسگرهایی هستند که فاصله اشیاء نزدیک را اندازه می گیرند، و سایر حسگرهای اولتراسونیک. ایالات متحده به طور گسترده ای تقریباً در تمام شاخه های رباتیک استفاده می شود.

عملکرد سنسور اولتراسونیک بر اساس اصل اکولوکیشن است. نحوه کار به این صورت است: بلندگوی دستگاه یک پالس اولتراسونیک با فرکانس مشخصی منتشر می کند و زمان بازگشت آن به میکروفون را اندازه گیری می کند. مکان یاب صدا امواج صوتی جهت دار را منتشر می کند که از اجسام منعکس می شود و مقداری از آن صدا دوباره وارد حسگر می شود. در این حالت، زمان رسیدن و شدت چنین سیگنال بازگشتی حاوی اطلاعاتی در مورد فاصله تا نزدیکترین اجسام است.

برای شناورهای خودمختار، عمدتاً از فناوری‌های سونار زیر آب استفاده می‌شود، در حالی که روی زمین، رادارهای صوتی عمدتاً برای جلوگیری از برخورد فقط در مجاورت نزدیک استفاده می‌شوند، زیرا این سنسورها برد محدودی دارند.

از دیگر وسایل جایگزین رادارهای صوتی می توان به رادار، لیزر و لیدار اشاره کرد. به جای صدا، این نوع فاصله یاب از پرتو لیزری که از یک مانع منعکس می شود استفاده می کند. این حسگرها در توسعه وسایل نقلیه خودران مقبولیت گسترده تری به دست آورده اند زیرا به خودرو اجازه می دهند ترافیک را به طور موثرتری مدیریت کند.

سنسورهای موقعیت

این نوع سنسور عمدتاً در وسایل نقلیه بدون سرنشین، ربات های صنعتی و دستگاه هایی که نیاز به خود تعادلی دارند استفاده می شود. سنسورهای موقعیت عبارتند از GPS (سیستم موقعیت یابی جهانی)، نشانه ها (عملکرد به عنوان یک فانوس دریایی)، ژیروسکوپ (تعیین زاویه چرخش) و شتاب سنج. GPS یک سیستم ناوبری ماهواره ای است که فاصله، زمان و مکان ربات را در فضا اندازه گیری می کند. GPS به وسایل نقلیه زمینی، هوایی و آبی بدون سرنشین اجازه می دهد تا مسیر خود را پیدا کرده و به راحتی از نقطه ای به نقطه دیگر حرکت کنند.

ژیروسکوپ در رباتیک نیز رایج است. آنها مسئول تعادل و تثبیت هر وسیله هستند. و با توجه به ارزان بودن این قطعه می توان آن را در هر ربات خانگی نصب کرد.

شتاب سنج سنسوری است که به ربات اجازه می دهد شتاب بدن را در اثر نیروهای خارجی اندازه گیری کند. این دستگاه شبیه بدنه ای عظیم است که می تواند در محور خاصی حرکت کند و توسط فنرهایی به بدنه دستگاه متصل می شود. اگر چنین وسیله ای به سمت راست فشار داده شود، بار در امتداد راهنما به سمت چپ مرکز محور حرکت می کند.

سنسورهای شیب

این حسگرها در ربات‌هایی استفاده می‌شوند که برای کنترل شیب، حفظ تعادل و جلوگیری از چرخش دستگاه روی سطح ناهموار ضروری است. با هر دو رابط آنالوگ و دیجیتال موجود است.

سنسورهای مادون قرمز

در دسترس ترین و ساده ترین نوع حسگرهایی که در روبات ها برای تعیین مجاورت استفاده می شود. سنسور مادون قرمز به طور مستقل امواج مادون قرمز را ارسال می کند و با گرفتن سیگنال منعکس شده، وجود یک مانع در مقابل آن را تعیین می کند.

در حالت "beacon"، این سنسور سیگنال های ثابتی ارسال می کند که ربات می تواند جهت و فاصله تقریبی چراغ را تعیین کند. این به شما این امکان را می دهد که ربات را به گونه ای برنامه ریزی کنید که همیشه این چراغ را دنبال کند. هزینه کم این سنسور امکان نصب آن را تقریباً بر روی تمام ربات های خانگی و در نتیجه تجهیز آنها به توانایی دوری از موانع فراهم می کند.

سنسورهای دما

سنسور دما یکی دیگر از ابزارهای مفیدی است که اغلب در دستگاه های مدرن استفاده می شود. این برای اندازه گیری خودکار دما در محیط های مختلف خدمت می کند. همانند کامپیوترها، در روبات ها نیز از دستگاه برای کنترل دمای پردازنده و خنک شدن به موقع آن استفاده می شود.

ما همه ابتدایی‌ترین حسگرهایی را که در رباتیک استفاده می‌شوند در نظر گرفته‌ایم و به ربات اجازه می‌دهد چابک‌تر، مانورپذیرتر و پربازده‌تر باشد.

برخلاف انسان، ربات ها به بینایی، شنوایی، لمس، بویایی و چشایی محدود نمی شوند. سنسورهای ربات انواع مختلفی دارند. اول از همه، روبات ها از حسگرهای الکترومکانیکی مختلف برای کشف و درک دنیای اطراف خود و خودشان استفاده می کنند.

در حال حاضر بازتولید اندام های حسی موجود زنده بسیار دشوار است. به همین دلیل، محققان و توسعه دهندگان به جایگزین هایی برای حواس بیولوژیکی متوسل می شوند.

انسان چه چیزی می تواند احساس کند که روبات ها نمی توانند؟

با دوربین ها، ربات ها می توانند «ببینند» اما در درک آنچه می بینند مشکل دارند. این ربات می تواند تصویری متشکل از میلیون ها پیکسل از دوربین دریافت کند. اما بدون برنامه‌نویسی پیچیده، نمی‌داند که هیچ یک از این نقاط چیست.

سنسورهای فاصله فاصله تا جسم را نشان می دهند، اما لازم است ربات با مانع یا جسم برخورد نکند. محققان و شرکت‌ها در حال آزمایش رویکردهای متفاوتی برای حسگرهای ربات هستند. علاوه بر این، حسگرهایی در حال توسعه هستند که به ربات اجازه می‌دهند نه تنها «دیدن»، بلکه «درک» آنچه را که می‌بیند.

ممکن است زمان زیادی طول بکشد تا بتواند اشیاء روبروی خود را روی میز تشخیص دهد. به خصوص اگر آنها متفاوت از پایگاه داده اشیاء قرار گیرند.

ربات ها در تشخیص طعم و بو بسیار بد عمل می کنند.

یک انسان ممکن است به شما بگوید "طعم شیرینی دارد" یا "بوی بدی دارد" در حالی که ربات باید تجزیه و تحلیل شیمیایی انجام دهد. سپس باید مواد موجود در پایگاه داده را جستجو کنید تا مشخص کنید که چه چیزی به فرد مزه "شیرین" یا بوی "بد" برچسب زده شده است.

سنسورهای رباتی مانند حسگرهای طعم و بوی توسعه کمی پیدا کرده اند. اول از همه، به این دلیل که تقاضای زیادی برای روباتی وجود نداشت که بتواند بین طعم و بو تشخیص دهد.

انسان پایانه های عصبی زیادی در سرتاسر پوست خود دارد و می دانیم چه زمانی به جسمی دست زده ایم یا چیزی با ما تماس گرفته است. ربات ها مجهز به دکمه ها یا کنتاکت های ساده ای هستند که در مکان های استراتژیک قرار می گیرند. به عنوان مثال، روی سپر جلو برای تعیین اینکه آیا با یک جسم تماس دارد یا خیر.

ربات‌های حیوان خانگی ممکن است مخاطبین یا گروهی از حسگرها روی سر، پاها یا پشت خود داشته باشند، اما اگر بخواهید ناحیه‌ای را لمس کنید که حسگر وجود ندارد، ربات تشخیص نمی‌دهد که لمس شده است و پاسخ نمی‌دهد. با ادامه تحقیقات در مورد ربات های انسان نما، این امکان وجود دارد که حسگرهای رباتیک مانند "پوست الکترومکانیکی" توسعه یابد.

ربات ها چه چیزی را می توانند احساس کنند اما انسان ها نمی توانند؟

ربات نمی تواند به شما بگوید چه طعم یا بوی خوبی دارد. اگرچه مراحل تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی می تواند اطلاعات بسیار بیشتری نسبت به یک فرد عادی در مورد خواص آن بداند. اگر ربات مجهز به سنسور مونوکسید کربن باشد، قادر به تشخیص مونوکسید کربن خواهد بود.

این امر ایمنی را افزایش می دهد زیرا مونوکسید کربن برای انسان بی رنگ و بی بو است. این ربات همچنین می تواند سطح pH ماده را به شما بگوید. بنابراین، می تواند اسیدی یا قلیایی بودن و خیلی خیلی بیشتر را تعیین کند.

انسان ها از یک جفت چشم برای به دست آوردن اطلاعات بصری استفاده می کنند، اگرچه بسیاری از مردم نمی توانند به طور دقیق فاصله تا یک شی را تعیین کنند. یک نفر می تواند به شما بگوید که درخت حدود 20 متر فاصله دارد. در عین حال، یک ربات مجهز به سنسورهای فاصله می تواند به شما بگوید که درخت در فاصله 21.1 متری قرار دارد.

علاوه بر این، روبات‌ها می‌توانند مقادیر دقیقی برای عوامل محیطی مختلفی که انسان از آنها بی‌اطلاع است یا قادر به درک آنها نیست، ارائه دهد.

به عنوان مثال، یک ربات می تواند به شما بگوید شتاب زاویه ای یا خطی دقیق آن چقدر است. اگرچه اکثر مردم، اکثر مردم احتمالاً متوجه خواهند شد که او در حال حرکت یا چرخش است.

یک فرد می تواند بر اساس تجربه خود به شما بگوید که یک شی بدون دست زدن به آن گرم یا سرد است. در حالی که یک تصویرگر حرارتی می تواند یک تصویر حرارتی دو بعدی در مقابل خود ارائه دهد. در حالی که انسان ها دارای پنج حواس اساسی هستند، حسگرهای رباتیک می توانند در تعداد تقریبا بی نهایتی از انواع موجود باشند.

چه حسگرهایی برای ربات شما لازم است؟

بنابراین چه نوع سنسورهایی در دسترس هستند و ربات شما به چه سنسورهایی نیاز دارد؟ ابتدا باید از خود بپرسید که این ربات برای چیست و چه چیزی را باید اندازه گیری کند. سپس در زیر می توانید ببینید که چه نوع حسگرهایی برای روبات ها هستند.

شانس زیادی وجود دارد که هیچ یک از دسته بندی های ذکر شده در زیر برای شما مناسب نباشد، بنابراین سعی کنید عناصر اصلی ربات را شناسایی کرده و کار را به اجزاء تقسیم کنید.

حسگرهای ربات ها عبارتند از:

1. مخاطب
2. از راه دور
3. تثبیت موقعیت
4. پاسخگو به شرایط محیطی
5. با استفاده از چرخش
6. دیگر

سنسورهای تماس

- سوئیچ دکمه / تماس.

سوئیچ‌ها، دکمه‌ها و حسگرهای لمسی برای تشخیص تماس فیزیکی بین اشیاء استفاده می‌شوند و فقط به افرادی که دکمه‌ها را فشار می‌دهند محدود نمی‌شوند.

سپر ربات را می توان به سنسور لمسی یا دکمه مجهز کرد. علاوه بر این، "سبیل" (مانند سبیل های یک حیوان) می تواند برای تشخیص یک شی در فواصل مختلف استفاده شود.

• مزایای:قیمت بسیار پایین، ادغام آسان، قابلیت اطمینان.
• ایرادات:فاصله اندازه گیری محدود است

- سنسورهای اندازه گیری فشار

دکمه ای که یکی از دو قرائت ممکن (روشن یا خاموش) را ارائه می دهد. در نتیجه حسگر ربات خروجی متناسب با نیروی وارد شده به آن تولید می کند.

• مزایای:به شما این امکان را می دهد که میزان نیروی اعمال شده را اندازه گیری کنید.
• ایرادات:می تواند نادرست باشد و استفاده از آن دشوارتر از سوئیچ های ساده است.

سنسورهای راه دور

- سنسورهای اولتراسونیک

سنسورهایی که از سیگنال های اولتراسونیک برای اندازه گیری زمان بین ارسال سیگنال و بازگرداندن اکو آن استفاده می کنند، اولتراسونیک نامیده می شوند. حسگرهای ربات ها در این مورد بر اساس مطالعه خفاش ها، دلفین ها و سایر حیوانات است.

فاصله یاب های اولتراسونیک می توانند طیف وسیعی از فواصل را اندازه گیری کنند، اما به ویژه در هوا استفاده می شوند و به بازتاب مواد مختلف بستگی دارند.

• مزایای:اندازه گیری برد متوسط ​​(چند متر).
• ایرادات:سطوح و عوامل محیطی می توانند بر خوانش تأثیر بگذارند.

- سنسورهای مادون قرمز

از محدوده مادون قرمز نیز می توان برای اندازه گیری فاصله استفاده کرد. برخی از حسگرهای مادون قرمز یک فاصله خاص را اندازه گیری می کنند، در حالی که برخی دیگر خروجی متناسب با فاصله تا جسم ارائه می دهند.

• مزایای:کم هزینه، نسبتا قابل اعتماد و دقیق.
• ایرادات:دامنه وسیع تر از سنسورهای اولتراسونیک

- لیزر

لیزرها در مواقعی استفاده می‌شوند که دقت بالایی مورد نیاز باشد، یا فاصله طولانی با یک جسم یا هر دو باشد. مسافت یاب های لیزری اسکن از لیزرهای اسپین (لیزرهای فوق سریع) برای اسکن فاصله از اجسام در دو بعد استفاده می کنند.

• مزایای:بسیار دقیق با برد بسیار زیاد
• ایرادات:بسیار گرانتر از سنسورهای معمولی مادون قرمز یا اولتراسونیک.

- رمزگذارها

رمزگذارهای نوری اغلب از یک جفت فتودیود LED استفاده می کنند. یک دیسک با سوراخ روی شفت نصب شده است که از طریق آن سیگنال LED وارد فوتودیود می شود و تعداد پالس ها خوانده می شود.

تعداد معینی از سوراخ ها مربوط به زاویه کامل حرکت چرخ است. با دانستن شعاع یک چرخ، می توانید کل مسافت طی شده توسط آن چرخ را تعیین کنید. دو انکودر فاصله نسبی را در دو بعد به شما می دهند.

• مزایای:اگر لغزش وجود نداشته باشد، دقت اندازه گیری بالا است. اغلب بر روی محور عقب موتور نصب می شود.
• ایرادات:برنامه ریزی اضافی مورد نیاز است، رمزگذارهای نوری دقیق تر می توانند گران باشند.

- پتانسیومتر خطی

پتانسیومتر خطی قادر است موقعیت مطلق یک جسم را اندازه گیری کند.

• مزایای:موقعیت مطلق را به دقت اندازه گیری می کند.
• ایرادات:محدوده کوچک

- سنسورهای کشش و خمش

سنسور کشش از ماده ای تشکیل شده است که مقاومت آن بسته به میزان کشش آن تغییر می کند. سنسور خمشی معمولاً یک ساندویچ از مواد است که مقاومت یکی از لایه ها بسته به میزان خم شدن آن متفاوت است.

از آنها می توان برای تشخیص زاویه یا پیچش کوچک، مانند تعداد انگشتان خم شده استفاده کرد.

• مزایای:زمانی مفید است که محور چرخش داخلی یا غیر قابل دسترس باشد.
• ایرادات:دقت کم و توانایی اندازه گیری فقط زوایای کوچک.

- دوربین استریو

مانند چشم انسان، دو دوربین با فاصله از هم می توانند اطلاعات عمق (دید استریو) را ارائه دهند. روبات‌های مجهز به دوربین می‌توانند برخی از تواناترین و پیچیده‌ترین روبات‌های موجود باشند.

یک دوربین، همراه با نرم افزار مناسب، می تواند تشخیص رنگ و اشیا را به خوبی ارائه دهد.

مزایا: امکان ارائه اطلاعات دقیق و بازخورد خوب.

معایب: مشکل در برنامه نویسی و استفاده از اطلاعات.

سنسورهای موقعیت

- محلی سازی در اتاق (ناوبری در اتاق)

سیستم محلی سازی داخلی می تواند از چندین بیکن برای مثلث کردن (تعیین موقعیت نسبی نقاط روی سطح) موقعیت ربات در اتاق استفاده کند، در حالی که دیگران از دوربین و نشانه ها استفاده می کنند.

• مزایای:عالی برای موقعیت یابی مطلق
• ایرادات:نیاز به برنامه نویسی پیچیده و استفاده از نشانگرها دارد.

- GPS

GPS از سیگنال های چندین ماهواره که به دور سیاره می چرخند برای تعیین مختصات جغرافیایی آنها استفاده می کند.

دستگاه‌های GPS می‌توانند موقعیت‌یابی جغرافیایی را با دقت تا 5 متر ارائه دهند، در حالی که سیستم‌های پیچیده‌تر شامل پردازش داده‌ها و تصحیح خطا با استفاده از سایر واحدهای GPS یا IMU می‌توانند تا چندین سانتی‌متر دقیق باشند.

• مزایای:نیازی به نشانگر یا سایر مراجع ندارد.
• ایرادات:فقط می تواند در فضای باز کار کند.

سنسورهای چرخش

- پتانسیومتر

یک پتانسیومتر دوار اساساً یک تقسیم کننده ولتاژ است و ولتاژ آنالوگ مربوط به زاویه چرخش دستگیره را فراهم می کند.

• مزایای:آسان برای استفاده، ارزان، منطقی دقیق، ارائه خوانش مطلق.
• ایرادات:اکثر آنها به 300 درجه چرخش محدود می شوند.

- ژیروسکوپ

ژیروسکوپ الکترونیکی میزان شتاب زاویه ای را اندازه گیری می کند و سیگنال مربوطه (سیگنال ولتاژ آنالوگ، ارتباط سریال، با I2C و غیره) را تامین می کند. ژیروسکوپ الکترونیکی از پیزوپلیت استفاده می کند.

• مزایای:عدم وجود اجزای "مکانیکی".
• ایرادات:سنسور همیشه در معرض شتاب زاویه‌ای قرار می‌گیرد، در حالی که میکروکنترلر همیشه نمی‌تواند سیگنال ورودی پیوسته را بپذیرد، یعنی مقادیر از بین می‌روند و در نتیجه مقدارها رانش می‌کنند.

- رمزگذارها

رمزگذارهای نوری از جفت فرستنده/گیرنده مینی فروسرخ استفاده می کنند. تعداد شکست در پرتو مادون قرمز مطابق با زاویه کاملی است که چرخ طی می کند.

یک رمزگذار مکانیکی از یک دیسک بسیار ریز ماشینکاری شده با سوراخ های کافی برای خواندن زوایای خاص استفاده می کند. بنابراین، رمزگذارهای مکانیکی را می توان برای چرخش مطلق و نسبی استفاده کرد.

• مزایای:دقت.
• ایرادات:برای رمزگذارهای نوری، زاویه چرخش نسبت به موقعیت اصلی نسبی (نه مطلق) است.

سنسورهای رباتی که به شرایط محیطی پاسخ می دهند

- حسگر روشنایی

برای اندازه گیری شدت منبع نور چه طبیعی و چه مصنوعی می توان از سنسور نور استفاده کرد. معمولا مقاومت آن متناسب با شدت نور است.

• مزایای:معمولا بسیار ارزان و بسیار مفید است.
• ایرادات:نمی تواند بین منبع یا نوع نور تمایز قائل شود.

- سنسور صدا

سنسور صدا در اصل یک میکروفون است که ولتاژی متناسب با سطح نویز محیط برمی‌گرداند. بردهای پیچیده تر می توانند از داده های میکروفون برای تشخیص گفتار استفاده کنند.

• مزایای:سنسور ارزان و قابل اعتماد
• ایرادات:نرم افزار پیچیده ای برای رمزگشایی اطلاعات مهم مورد نیاز است.

- سنسورهای دما

سنسورهای دما را می توان برای اندازه گیری دمای محیط یا در محیط های دشوار مانند المنت های گرمایشی، اجاق ها و غیره استفاده کرد.

• مزایای:می تواند بسیار دقیق باشد.
• ایرادات:استفاده از حسگرهای پیچیده تر و دقیق تر ممکن است دشوارتر باشد.

– دوربین تصویربرداری حرارتی

سنسور تصویربرداری حرارتی (دوربین) تصویربرداری مادون قرمز یا حرارتی به شما این امکان را می دهد که یک تصویر حرارتی کامل دو بعدی از هر چیزی که در مقابل دوربین تصویرگر حرارتی قرار دارد دریافت کنید. به این ترتیب می توان دمای یک جسم را تعیین کرد.

• مزایای:اندازه گیری انتخابی فعالیت حرارتی اجسام در فاصله ممکن است.
• ایرادات:قیمت بالا

- سنسورهای اندازه گیری رطوبت

سنسورهای رطوبت درصد آب موجود در هوا را تشخیص می دهند و اغلب با سنسورهای دما جفت می شوند.

- سنسور فشار هوا

برای اندازه گیری فشار اتمسفر می توان از سنسور فشار (که می تواند یک سنسور فشارسنجی نیز باشد) استفاده کرد. از این رو می توان تصوری از ارتفاع پهپاد (وسیله هوایی بدون سرنشین) به دست داد.

- سنسورهای گاز

سنسورهای گاز برای تشخیص وجود و غلظت گازهای مختلف استفاده می شود. با این حال، آنها فقط برای سیستم های رباتیک تخصصی مورد نیاز هستند.

• مزایای:اینها تنها حسگرهای روباتی هستند که می توانند برای تشخیص دقیق گاز استفاده شوند
• ایرادات:سنسورهای ارزان قیمت ممکن است مثبت کاذب باشند یا تا حدودی نادرست باشند و بنابراین نباید برای کاربردهای حیاتی استفاده شوند.

- مغناطیس سنج ها

مغناطیس‌سنج‌ها می‌توانند برای تشخیص آهن‌ربا و میدان‌های مغناطیسی استفاده شوند. همچنین می تواند قطبیت را تشخیص دهد.

• مزایای:به شناسایی فلزات فرومغناطیسی کمک می کند.
• ایرادات:در برخی موارد حسگرها ممکن است توسط آهنرباهای قوی آسیب ببینند.

سنسورها با استفاده از چرخش

- قطب نما

قطب نما دیجیتال قادر است از میدان مغناطیسی زمین برای تعیین جهت آن نسبت به قطب های مغناطیسی استفاده کند. شیب قطب نما جبران می شود و این واقعیت را در نظر می گیرد که ربات نمی تواند کاملاً افقی حرکت کند.

• مزایای:ناوبری مطلق را فراهم می کند.
• ایرادات:دقت بالاتر قیمت را افزایش می دهد.

- ژیروسکوپ

ژیروسکوپ های الکترونیکی قادر به تعیین زاویه شیب در امتداد یک یا چند محور هستند. سنسورهای شیب مکانیکی معمولاً با استفاده از جیوه در کپسول‌های شیشه‌ای یا توپ‌ها، شیب ربات را تشخیص می‌دهند.

• مزایای:ژیروسکوپ های الکترونیکی دقیق تر از ژیروسکوپ های مکانیکی هستند.
• ایرادات:هزینه بالاتر

- شتاب سنج ها

شتاب سنج ها شتاب خطی را اندازه گیری می کنند. این به شما امکان می دهد شتاب گرانشی یا هر شتاب دیگری را که ربات تجربه می کند اندازه گیری کنید.

اگر ربات شما نتواند از محیط برای بدست آوردن مختصات استفاده کند، این می تواند گزینه خوبی برای تخمین تقریبی فاصله باشد.

شتاب سنج ها می توانند شتاب را در یک، دو یا سه محور اندازه گیری کنند. یک شتاب سنج سه محوره به شما امکان می دهد تمام زوایای شیب سنسور را در فضا اندازه گیری کنید.

• مزایای:آنها برای عملکرد به هیچ مرجع یا نشانگر خارجی نیاز ندارند و می توانند جهت گیری مطلق را با توجه به میدان گرانشی زمین یا تعیین جهت نسبی ارائه دهند.
• ایرادات:آنها فقط مسافت طی شده را تخمین می زنند و نمی توانند به طور دقیق آن را تعیین کنند.

- IIB

واحد اندازه گیری اینرسی یک شتاب سنج چند محوری را با یک ژیروسکوپ چند محوره و گاهی یک مغناطیس سنج چند محوره ترکیب می کند تا غلتک را با دقت بیشتری اندازه گیری کند.چنین سنسورهای روباتی بسیار پیچیده هستند.

• مزایای:این یک روش بسیار مطمئن برای اندازه گیری بدون استفاده از منابع خارجی (به غیر از میدان مغناطیسی زمین) است.
• ایرادات:می تواند بسیار گران و دشوار باشد.

دیگر

سنسورهای جریان و ولتاژ جریان و/یا ولتاژ یک مدار الکتریکی خاص را اندازه گیری می کنند. این می تواند برای تعیین مدت زمانی که ربات شما می تواند کار کند (اندازه گیری ولتاژ باتری) یا اینکه موتورهای شما خیلی سخت کار می کنند (اندازه گیری جریان) بسیار مفید باشد.

• مزایای:آنها دقیقاً همان کاری را انجام می دهند که قرار است انجام دهند.
• ایرادات:می تواند تغییراتی در ولتاژ یا جریان اندازه گیری شده ایجاد کند. گاهی اوقات نیاز به تغییر مدار الکتریکی در حال اندازه گیری است.

- سنسورهای مغناطیسی

حسگرهای مغناطیسی و مغناطیس سنج ها قادر به تشخیص اجسام مغناطیسی هستند و ممکن است نیاز به تماس با جسم داشته باشند یا باید نسبتاً نزدیک به جسم قرار گیرند.

این حسگرهای رباتیک را می‌توان روی یک ماشین چمن‌زنی مستقل برای تشخیص سیم‌هایی که از روی چمن‌زار عبور می‌کنند یا سیم‌کشی پنهان در یک آپارتمان استفاده کرد.

• مزایای:معمولا ارزان است
• ایرادات:معمولاً باید نسبتاً نزدیک به جسم قرار گیرد و متأسفانه نمی تواند فلزات غیر مغناطیسی را تشخیص دهد.

- سنسورهای لرزش

سنسورهای ارتعاش برای تشخیص ارتعاش یک جسم با استفاده از پیزوالکتریک یا فناوری های دیگر طراحی شده اند.

- فن آوری های RFID

فناوری RFID یک فناوری برای تبادل داده های بی سیم با استفاده از یک سیگنال رادیویی بین یک برچسب الکترونیکی است که بر روی یک جسم قرار می گیرد و یک دستگاه رادیویی الکترونیکی ویژه که سیگنال برچسب را می خواند.

دستگاه‌های RFID می‌توانند از تگ‌های RFID فعال (تقویت‌شده) و غیرفعال (بدون برق) استفاده کنند که معمولاً اندازه و شکل آن‌ها مانند کارت اعتباری، یک دیسک تخت کوچک، یا یک افزونه کلید فوب هستند (شکل‌های دیگر نیز ممکن است).

هنگامی که یک تگ RFID در فاصله معینی از یک خواننده RFID قرار دارد، یک سیگنال با شناسه برچسب تولید می شود.

• مزایای:برچسب های RFID معمولاً هزینه بسیار کمی دارند و می توان آنها را به صورت جداگانه تعریف کرد.
• ایرادات:برای اندازه گیری فاصله بی فایده است مگر اینکه علامت در محدوده باشد.

بخش عملی

یک مثال معمولی که عملکرد مستقل یک ربات را نشان می دهد، رباتی است که مبتنی بر کیت Lego EV3 برای حرکت در امتداد یک خط با استفاده از یک یا دو سنسور رنگی است. در این حالت سنسورهای ربات میزان روشنایی نور بازتاب شده را تعیین می کنند.