УДК 004.896

Сенсорные датчики: электротехнологии и робототехника

Киреев Кирилл Александрович – студент Самарского государственного технического университета.

Аннотация: Эта статья обсуждает значимость электронных сенсорных датчиков в контексте робототехники. Обсуждаются различные типы электронных сенсоров и их важность для функционирования роботов в различных сценариях, а также потенциал для будущих инноваций.

Ключевые слова: роботы, робототехника, сенсорные датчики, электротехнологии, функциональность, сенсор.

Промышленные роботы становятся все более распространенным решением для автоматизации производственных процессов, поэтому для их эффективной работы внедряются все новые и новые электротехнологии.

Электронные датчики способны воспринимать состояние окружающей среды, анализировать данные, предоставляя роботом определённую информацию, которая является основой для принятия и решения установленных задач.

С помощью разнообразных сенсоров робот получает информацию об окружающей среде, чтобы ориентироваться в ней. Аналогично органам чувств у живых организмов, эти сенсоры позволяют роботам воспринимать внешние условия. Даже простейший самодельный робот не может функционировать полноценно без использования датчиков. Рассмотрим некоторые видны из категории сенсоров, которые имеют наибольшую популярность:

Механические сенсоры (датчики позиционирования) – это сенсоры, которые измеряют механические величины (перемещение, ускорение, сила и момент). Они часто используются для контроля движения робота, обнаружения сил, воздействующих на него, а также для обеспечения безопасности при взаимодействии с окружающим миром. Например, GPS – широко используемая система навигации, предоставляющая информацию о местоположении в реальном времени посредством сигналов, передаваемых спутниками. Также рассмотрим электронный гироскоп (датчик, который используется для измерения угловой скорости вращения объекта в трехмерном пространстве). (Рис .1)

Рисунок8

Рисунок 1. а) Система GPS, б) электронный гироскоп

Оптические сенсоры – системы технического зрения, измерители света и изображения, так чтобы робот смог «видеть» через них с помощью фоторезистора. Они позволяют роботам воспринимать свою окружающую среду, распознавать объекты, определять расстояние и форму, а также выполнять навигацию и позиционирование. Например, фотодатчики, которые измеряют интенсивность света и могут быть использованы для автоматической регулировки яркости и других функций. Фотодиоды и фототранзисторы – приборы, преобразующие световой сигнал в электрический сигнал и широко использующиеся в оптических коммуникационных системах, системах безопасности, автоматических выключателях освещения и в других устройствах, где необходимо обнаружение света. Также фотоприемники – приборы, которые используются в оптических системах передачи данных, таких как инфракрасные приемники дистанционного управления, оптические кабели и коммуникационные системы на основе световодов.
Температурные и влажностные сенсоры – сенсоры, которые используются для измерения температуры и влажности в окружающей среде. Они могут быть полезны для контроля условий работы робота или для обнаружения изменений в окружающей среде, а также для своевременного охлаждения и защиты от перегревания.
Электрические сенсоры – измерители тока, напряжения и сопротивления для контроля электрических параметров своих систем.
Звуковые сенсоры – это сенсоры, использующиеся для обнаружения звуковых сигналов и шумов в окружающей среде (акустические датчики, микрофоны). Существует несколько типов звуковых сенсоров, включая электретные микрофоны, конденсаторные микрофоны, динамические микрофоны и пьезоэлектрические микрофоны.

Использование электронных датчиков обладает рядом преимуществ, которые делают их неотъемлемой частью современных технологий и систем. Вот некоторые из основных преимуществ:

Электронные датчики способны обеспечить высокую точность измерений, что делает их незаменимыми во многих областях, где требуется высокая степень точности и надежности;
Большинство электронных датчиков имеют высокую скорость реакции, что позволяет получать данные в реальном времени;
Существует огромное количество различных типов электронных датчиков, способных измерять различные параметры, такие как температура, давление, влажность, освещенность, звук и т. д.;
Многие электронные датчики обладают простым интерфейсом и легко интегрируются с другими электронными устройствами и системами, что облегчает их использование и разработку новых приложений;
Большинство современных электронных датчиков компактны и легки, что делает их идеальными для использования в портативных устройствах, носимой электронике и других приложениях, где важны компактность и мобильность;
Электронные датчики позволяют эффективно использовать ресурсы, так как они могут помочь оптимизировать процессы и управлять ресурсами, например, энергопотреблением, водой или топливом.

Сенсоры становятся все более компактными и интегрированными, что позволяет использовать их в более широком спектре устройств. Тенденция к цифровизации сенсоров позволяет получать более точные и надежные данные, а также упрощает их обработку и передачу. Цифровые интерфейсы, такие как I2C, SPI и UART, становятся все более распространенными.

Сенсоры все больше ориентированы на снижение энергопотребления, что особенно важно для устройств с низким энергопотреблением, таких как датчики IoT, датчики, устанавливаемые в удаленных местах, и медицинские импланты. Также они становятся все более мультифункциональными, способными измерять не только один параметр, но и комбинацию различных параметров, что повышает их эффективность и универсальность.

BionicSoftHand - это инновационное разработка компании Festo в области электротехнологии, представляющая собой гибкую роботизированную руку, инспирированную природой и анатомией человеческой руки. Данная технология объединяет в себе принципы биомимикрии и передовые методы робототехники, создавая уникальное устройство, способное выполнять широкий спектр задач.

В отличие от традиционных роботизированных рук, BionicSoftHand использует мягкие материалы и пневматическую систему, что делает ее более безопасной для работы с людьми и окружающей средой. Она оснащена различными сенсорами, которые позволяют ей чувствовать окружающую среду и объекты, а также обеспечивают обратную связь для точного управления движениями.

Электронные сенсорные датчики являются важным элементом в развитии робототехники. Они позволяют роботам воспринимать мир вокруг себя и принимать обоснованные решения на основе полученной информации. С постоянным развитием технологий и появлением новых типов сенсоров роботы становятся все более способными и адаптивными к различным ситуациям и задачам. В дальнейшем, с развитием и усовершенствованием электронных сенсорных технологий, роботы станут еще более важным элементом нашей повседневной жизни, помогая нам в самых разнообразных сферах, от промышленности до бытового использования.

Список литературы

Абдулгалимов Г.Л., Гулюта А.А., Казагачев В.Н. Робототехника - массовый вид детского и молодежного технического творчества.// Информационные технологии в образовании. XXV Международная конференция-выставка. Сборник трудов Ч.II.- М.:Издательский отдел факультета ВМК МГУ имени М.В.Ломоносова, 2015 - 88с.
Глухов В.С. Образовательная робототехника – новая парадигма образования 21 века: проблемы, содержание, опыт // Технолого-экономическое образование. – 2017. – № 2. – С. 64-70.
Егоров, О. Д. Конструирование механизмов роботов [Текст] : учебник/ О. Д. Егоров. - М.: Абрис, 2012. - 444 с.
Толстова Н. А., Бондаренко Д. А, Ганьшин К. Ю. Образовательная робототехника как составляющая инженерно-технического образования. // Наука. Инновации. Технологии, № 3, 2013