Desde los comienzos de la robótica , los robots han ido evolucionando en su nivel de complejidad, derivando de todo ello un proceso de clasificación de los mismos.
Esta evolución en la complejidad de construcción de los robots, es consecuencia directa de la necesidad cada vez mayor de adaptar uno de estos mecanismos a la realización de diversas tareas, siendo estas tareas cada vez más complejas. De esta manera, los robots han pasado de realizar tareas repetitivas y sencillas, ha realizar funciones cada vez más complejas, donde los procesos a realizar no pueden ser repetitivos, ya que se encuentran sujetos a variaciones externas.
La clave de esta adaptación de los robots a un entorno y trabajos cambiantes la tiene la utilización de captadores en la estructura del robot y son precisamente todos estos captadores los que conforman el sistema sensorial del robot.
La evolución de la robótica está sujeta al desarrollo de nuevos captadores capaces de medir magnitudes que hasta ahora no somos capaces de cuantificar, y en la mejora de los sensores, siendo estos cada vez más precisos en sus medidas. Por ello, la investigación en el campo del desarrollo de sensores, es de vital importancia en el mundo de la robótica.
PERO, QUÉ ES UN SENSOR O CAPTADOR ?
Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.
Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de componentes pasivos ( resistencias variables, PTC, NTC , LDR etc.. todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable ), y la utilización de componentes activos.
Pero el tema constructivo de los captadores lo dejaremos a un lado, ya que no es el tema que nos ocupa, más adelante incluiremos en la WEB algún diseño en particular de algún tipo de sensor.
En robótica, podemos diferenciar claramente tres grupos de sensores:
ensores de posición.
Entre ellos encontramos los captadores fotoeléctricos, captadores magnéticos, cámaras de vídeo etc...
aptadores de esfuerzos.
Estos se encargan de medir la fuerza que se aplica a un objeto, o medir los pares etc..
ensores de desplazamiento.
Se encargan de cuantificar los desplazamientos de objetos, la velocidad y aceleración de los mismos.
DESCRIPCIÓN DE ALGUNOS SENSORES:
En esta sección, pretendemos explicar de forma sencilla algunos tipos de sensores pertenecientes a cada grupo citado anteriormente muy utilizados en robótica.
Sensores de posición:
Su función es medir o detectar la posición de un determinado objeto en el espacio, dentro de este grupo, podemos encontrar los siguientes tipos de captadores;
Los captadores fotoeléctricos:
La construcción de este tipo de sensores, se encuentra basada en el empleo de una fuente de señal luminosa ( lámparas, diodos LED, diodos láser etc..) y una célula receptora de dicha señal, como pueden ser fotodiodos , fototransistores o LDR etc.
Este tipo de sensores, se encuentra basado en la emisión de luz , y en la detección de esta emisión realizada por los fotodetectores.
Según la forma en que se produzca esta emisión y detección de luz, podemos dividir este tipo de captadores en: captadores por barrera, o captadores por reflexión.
En el siguiente esquema podremos apreciar mejor la diferencia entre estos dos estilos de captadores:
Esquema captadores
- Captadores por barrera. Estos detectan la existencia de un objeto, porque interfiere la recepción de la señal luminosa.
Captadores por reflexión; La señal luminosa es reflejada por el objeto, y esta luz reflejada es captada por el captador fotoeléctrico, lo que indica al sistema la presencia de un objeto.
Sensores de contacto:
Estos dispositivos, son los más simples, ya que son interruptores que se activan o desactivan si se encuentran en contacto con un objeto, por lo que de esta manera se reconoce la presencia de un objeto en un determinado lugar.
Su simplicidad de construcción añadido a su robustez, los hacen muy empleados en robótica.
Captadores de circuitos oscilantes:
Este tipo de captadores, se encuentran basados en la existencia de un circuito en el mismo que genera una determinada oscilación a una frecuencia prefijada, cuando en el campo de detección del sensor no existe ningún objeto, el circuito mantiene su oscilación de un manera fija, pero cuando un objeto se encuentra dentro de la zona de detección del mismo, la oscilación deja de producirse , por lo que el objeto es detectado.
Estos tipos de sensores son muy utilizados como detectores de presencia, ya que al no tener partes mecánicas, su robustez al mismo tiempo que su vida útil es elevada.
Sensores por ultrasonidos:
Este tipo de sensores, se basa en el mismo funcionamiento que los de tipo fotoeléctrico, ya que se emite una señal, esta vez de tipo ultrasónica, y esta señal es recibida por un receptor. De la misma manera, dependiendo del camino que realice la señal emitida podremos diferenciarlos entre los que son de barrera o los de reflexión.
Captadores de esfuerzos:
Este tipo de captadores, se encuentran basados en su mayor parte en el empleo de galgas extensométrica, que son unos dispositivos que cuando se les aplica una fuerza, ya puede ser una tracción o una compresión, varia su resistencia eléctrica, de esta forma podemos medir la fuerza que se está aplicando sobre un determinado objeto.
Sensores de Movimientos:
Este tipo de sensores es uno de los más importantes en robótica, ya que nos da información sobre las evoluciones de las distintas partes que forman el robot, y de esta manera podemos controlar con un grado de precisión elevada la evolución del robot en su entorno de trabajo.
Dentro de este tipo de sensores podemos encontrar los siguientes:
- Sensores de deslizamiento:
Este tipo de sensores se utiliza para indicar al robot con que fuerza ha de coger un objeto para que este no se rompa al aplicarle una fuerza excesiva, o por el contrario que no se caiga de las pinzas del robot por no sujetarlo debidamente.
Su funcionamiento general es simple, ya que este tipo de sensores se encuentran instalados en el órgano aprehensor (pinzas), cuando el robot decide coger el objeto, las pinzas lo agarran con una determinada fuerza y lo intentan levantar, si se produce un pequeño deslizamiento del objeto entre las pinzas, inmediatamente es incrementada la presión le las pinzas sobre el objeto, y esta operación se repite hasta que el deslizamiento del objeto se ha eliminado gracias a aplicar la fuerza de agarre suficiente.
- Sensores de Velocidad:
Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que mueven las distintas partes del robot. La forma más popular de conocer la velocidad del giro de un motor, es utilizar para ello una dinamo tacométrica acoplada al eje del que queremos saber su velocidad angular, ya que este dispositivo nos genera un nivel determinado de tensión continua en función de la velocidad de giro de su eje, pues si conocemos a que valor de tensión corresponde una determinada velocidad, podremos averiguar de forma muy fiable a qué velocidad gira un motor. De todas maneras, este tipo de sensores al ser mecánicos se deterioran, y pueden generar errores en las medidas.
Existen también otros tipos de sensores para controlar la velocidad, basados en el corte de un haz luminoso a través de un disco perforado sujetado al eje del motor, dependiendo de la frecuencia con la que el disco corte el haz luminoso indicará la velocidad del motor.
- Sensores de Aceleración:
Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia, ya que si se produce una aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende ha hacer poner el objeto en movimiento.
Supongamos el caso en que un brazo robot industrial sujeta con una determinada presión un objeto en su órgano terminal, si al producirse un giro del mismo sobre su base a una determinada velocidad, se provoca una aceleración en todo el brazo, y en especial sobre su órgano terminal, si esta aceleración provoca una fuerza en determinado sentido sobre el objeto que sujeta el robot y esta fuerza no se ve contrarrestada por otra, se corre el riesgo de que el objeto salga despedido del órgano aprehensor con una trayectoria determinada, por lo que el control en cada momento de las aceleraciones a que se encuentran sometidas determinadas partes del robot son muy importantes.
