Sensores na robótica: quais usar em suas aplicações

Neste artigo, explicamos tudo sobre os sensores robóticos.

Continue a leitura e confira:

• O que são sensores na robótica?
• Como os sensores funcionam?
• Tipos de sensores na robótica
• Encontre os sensores robóticos adequados no UR+

Para uma pessoa, a maneira de interpretar o mundo vem através de órgãos sensoriais. No caso de um robô, sensores são ferramentas usadas para estimar a condição do ambiente ao redor de um equipamento.

O ambiente de trabalho da atualidade é dinâmico e muito movimentado, por isso, os robôs precisam de uma grande variedade de dados sobre seus arredores para trabalhar de maneira eficiente, como: posição, distância, velocidade, tamanho, orientação, aceleração, força, temperatura, momentum, peso, luminosidade e mais.

Os sensores na robótica permitem aos equipamentos uma interpretação de algum elemento do mundo e, junto de softwares e respostas programadas, criam comportamentos e soluções para que esses robôs lidem com o mundo ao seu redor.

Cada robô, em sua função específica, depende de um tipo de sensor. Não serão todos, por exemplo, que dependerão de sensores ópticos ou sensores de força/torque. A aplicação do equipamento determina seus periféricos.

Neste artigo, listamos os principais sensores na robótica e explicamos um pouco mais sobre a tecnologia. Continue lendo.

O funcionamento dos sensores depende principalmente do princípio de transdução, que significa, em termos simplificados, conversão de energia. Cada sensor observa algum tipo de parâmetro, e esse parâmetro tem sua energia analisada: cinética, térmica, óptica etc.

Quando as ferramentas de detecção dentro dos sensores captam esse tipo de energia convertem-na em informações para o sistema, que alimenta os softwares do robô e traduzem a informação numa tela quando necessário.

Pense nisso através dos seus próprios sentidos: quando toca uma superfície quente, o calor é transferido para sua pele e nervos responsáveis pela detecção de temperatura transmitem a informação para o cérebro, que a partir daí informa novamente à área aquecida a dor equivalente de acordo com o calor.

Abaixo, uma lista aprofundada dos principais sensores robóticos. Confira.

1. Sensores de Luz

Sensores de luz são usados para identificar a luz e gerar uma diferença de tensão. Existem dois tipos principais de sensores de luz usados em partes robóticas: fotoresistores e células fotovoltaicas. Outros tipos, como CCDs, fototubos e fototransistores são menos usados no mercado.

• Fotoresistores mudam a resistência ao alterar a intensidade da luz. Mais luz neles significa menos resistência e vice-versa. Possuem maior custo-benefício e podem ser facilmente implementados em robôs industriais;
• Células fotovoltaicas podem converter a energia da radiação solar em energia elétrica. São usados na construção de robôs solares com autonomia energética.

2. Sensores sonoros

Esse sensor é usado para reconhecer um som e convertê-lo em sinais elétricos. É usado em robôs simples capazes de navegar com a ajuda de som. Que tal um robô que vira à direita com o som de uma palma e à esquerda com duas palmas? Ou então um robô que realiza tarefas por comando de voz?

As aplicações são diversas, mas a implementação de sensores sonoros em robôs não é tão fácil quanto parece. A diferença de tensão criada por som é mínima e deve ser intensificada para fazer uma mudança mensurável. Além disso, a configuração desses sensores e suas programações é mais elaborada.

3. Sensores de temperatura

Sensores de temperatura são muito utilizados em robôs que trabalham em condições extremas. Esses sensores ajudam o robô a se adaptar e controlar seu funcionamento, evitando falhas ao passar de valores críticos.

O funcionamento é simples: pequenos sensores IC produzem tensão diferentes para se ajustarem às mudanças de temperatura. Hoje, existem diversos modelos no mercado.

4. Sensores de contato

Sensores de contato dependem de interação física para funcionarem. Isso cria um gatilho para o robô agir de acordo. Pode ser em um interruptor de limite, interruptor de botão ou interruptor de relevo tátil. Um exemplo? A chave de fim de curso. Excelente modelo de sensor de contato usado no mercado.

Eles são muito usados para que os robôs evitem obstáculos. Quando um dos sensores toca um objeto, ele comanda que o robô faça uma ação para virar, reverter direção ou parar.

No caso de sensores capacitivos de contato, eles são feitos para reagir ao toque humano. Um exemplo simples é o touchscreen de um smartphone. Eles são fáceis de implementar mas vêm com um problema: sem contato físico, não funcionam.

Além disso, para robôs que trabalham com cargas pesadas ou alta velocidade, um esbarrão pode significar um acidente sério, por isso, um sensor de contato pode não ser suficiente para implementações de segurança.

5. Sensores de proximidade

Sensores de proximidade podem detectar a presença de um objeto dentro de distâncias pré-definidas sem a necessidade de contato. Eles usam campos magnéticos ou outras tecnologias para detectar os objetos dentro de seu espaço de atuação. Alguns dos mais comuns no mercado são:

• Transmissores de Infravermelho: Os transmissores disparam uma luz LED nos sensores e essa luz é refletida. Caso o reflexo seja interrompido por um obstáculo, o receptor do sistema captura isso e avisa ao robô, que então toma uma ação. Também são usados para medir distâncias com precisão;
• Ultrasônico: Criam frequências sonoras altíssimas e detectam objetos pelo eco (reflexão) dessas ondas nas superfícies ao redor. É como o modo de localização de morcegos e golfinhos.
• Fotoresistor: Usados também como sensores de luz, fotoresistores podem ser usados como sensores de proximidade graças às suas características. A quantidade de luz difere ao interagir com obstáculos na proximidade. Por isso, podem ser programados dessa forma.

- Leia também: Robôs articulados: o que são e onde usá-los na indústria

6. Sensores de pressão

São usados para quantificar a pressão. Sensores táteis ajudam a medir força e pressão através do toque ou interação com outro objeto. Podem determinar a força de uma garra robótica em um robô colaborativo e a força de um braço robótico e a pressão necessária para segurar um objeto no ar adequadamente.

7. Sensores de inclinação

No corpo humano, é dentro do ouvido que possuímos um órgão específico para calcular inclinação e oferecer equilíbrio - inclusive, a labirintite vem de má-formação ou deformações nesse órgão no ouvido interno. Já em um robô, uma pequena quantidade de mercúrio é posta em um contêiner de vidro.

Caso haja inclinação, o mercúrio automaticamente vai para um dos lados, desligando o interruptor que indica o movimento. Modelos mais novos não dependem mais apenas de mercúrio e podem fazer a detecção de outras formas (elétrica, usando sensores de proximidade para ver mudança no meio etc)

8. Sensores de navegação

Os sensores de navegação também são chamados de sensores de posicionamento. Eles são usados em robôs para detectar suas posições no mundo. Os mais comuns são:

• GPS: Benéfico para robôs em locações externas, analisa a posição geográfica do robô com base em satélites;
• Localização: Esse sensor ajuda o robô a reconhecer elementos externos e processar os dados para localizar suas posições. Considera tanto marcos naturais quanto artificiais para concluir a tarefa;
• Compasso: Assim como um compasso magnético, a versão digital também ajuda um robô a detectar direções. É bem barato quando comparado ao GPS.

9. Sensores de aceleração

Esse tipo de sensor ajuda a medir tanto a inclinação quanto a aceleração. As duas principais forças que podem afetar o funcionamento do acelerômetro são forças estáticas e dinâmicas.

• A força estática é a fricção entre dois objetos. Essa força é usada para entender como um robô inclina;
• A força dinâmica é a quantidade de força necessária para mover um objeto. Assim, a força dinâmica calcula a aceleração necessária para iniciar movimento.

10. Giroscópio

Com a ajuda de momentum angular, esse sensor é usado para quantificar a orientação. É usado quando queremos que o robô aja independente da gravidade da terra para manter sua orientação original, como robôs instalados em paredes e teto.

11. Sensores IMU

Medem velocidade, orientação e forças gravitacionais juntas. Usa todos os parâmetros para calcular os resultados de maneira mais precisa.

12. Sensores de tensão

Esses sensores são usados em grande parte para converter uma baixa tensão em uma alta e vice-versa. Por exemplo, um Op-Amp recebe baixa voltagem, amplifica e cria uma saída maior. Também podem ser usados para determinar a diferença potencial entre os dois lados, como um comparador.

13. Sensores de corrente

Esses sensores são feitos para monitorar o fluxo de corrente em um circuito. A saída é a mesma corrente ou a voltagem correspondente. Muitas saídas de voltagem em sensores de corrente variam entre 0V a 5V. A corrente obtida, se necessário, pode ser modificada por um microcontrolador.

14. Sensores de força/torque

Os sensores Força e Torque são compostos por um corpo transdutor robusto montado entre o braço robótico colaborativo e a ferramenta.

Os sistemas de sensores F/T da ATI capturam e convertem cargas mecânicas em todos os eixos sofrendo forças e torques, oferecendo feedback do processo em tempo real.

A saída da detecção de força/torque oferece dados viáveis que podem ser usados para verificar especificações de produtos, executar tarefas complexas e até mesmo oferecer melhor controle do robô colaborativo.

- Leia também: Robôs da Universal com sensores de força/torque ATI parecem simplesmente ideais

15. Sensores ópticos

O sistema de visão robótico consiste em uma ou mais câmeras conectadas a um computador. Esse computador possui um software de processamento que ajuda o robô a interpretar o que a câmera vê.

Podem ser 3D ou 2D, a depender das especificações do local de trabalho.

Os sistemas de visão 2D trabalham com uma varredura em linha com câmeras de inspeção que registram imagens em diferentes resoluções, criando assim uma imagem retilínea no sistema para ser analisada posteriormente.

Já os sistemas de visão 3D funcionam à base de sistemas de deslocamento a laser e componentes com multicâmeras costumam ser usados para orientar o robô e guiá-lo na vistoria.

No mais, são dois tipos principais de sistemas de visão 3D: projeção ortográfica e projeção em perspectiva.

O primeiro possui um campo de visão retangular, ideal para sensores infravermelhos com localizadores de curto alcance ou laser. Já o segundo usa projeção em perspectiva trapezoidal e é mais recomendado para sistemas ópticos (câmeras).

- Leia também: Robôs com sistema de visão: o que fazem, principais usos e vantagens

O UR+ é o ecossistema de distribuidores certificados da Universal Robots que produzem sensores, softwares e outros tipos de hardwares para robôs colaborativos usados em manufaturas ao redor do mundo.

Você pode encontrar todas as soluções aqui.