Sensores en robótica: cuáles utilizar en sus aplicaciones

En este artículo, explicamos qué son los sensores robóticos y cuáles usar en sus aplicaciones automatizadas. Échale un vistazo.

Sigue leyendo y mira en detalle:

• ¿Qué son los sensores en robótica?
• ¿Cómo funcionan los sensores robóticos?
• Tipos de sensores en robótica
• Encuentra los sensores robóticos adecuados en UR+

Para una persona, la manera de interpretar el mundo viene a través de órganos sensoriales. En el caso de un robot, los sensores son herramientas usadas para estimar la condición del ambiente alrededor de un equipo.

El ambiente de trabajo actual es dinámico y muy movido, por eso, los robots necesitan una gran variedad de datos sobre sus alrededores para trabajar de manera eficiente, como: posición, distancia, velocidad, tamaño, orientación, aceleración, fuerza, temperatura, momentum, peso, luminosidad y más.

Los sensores en robótica permiten a los equipos una interpretación de algún elemento del mundo y, junto con softwares y respuestas programadas, crean comportamientos y soluciones para que estos robots manejen el mundo a su alrededor.

Cada robot, en su función específica, depende de un tipo de sensor. No serán todos, por ejemplo, que dependerán de sensores ópticos o sensores de fuerza/torque. La aplicación del equipo determina sus periféricos.

En este artículo, listamos los principales sensores en robótica y explicamos un poco más sobre la tecnología. Sigue leyendo.

El funcionamiento de los sensores depende principalmente del principio de transducción, que significa, en términos simplificados, conversión de energía. Cada sensor observa algún tipo de parámetro, y este parámetro tiene su energía analizada: cinética, térmica, óptica, etc.

Cuando las herramientas de detección dentro de los sensores captan este tipo de energía, la convierten en información para el sistema, que alimenta los softwares del robot y traduce la información en una pantalla cuando es necesario.

Piensa en esto a través de tus propios sentidos: cuando tocas una superficie caliente, el calor se transfiere a tu piel y los nervios responsables de la detección de temperatura transmiten la información al cerebro, que a partir de ahí informa nuevamente al área calentada el dolor equivalente de acuerdo con el calor.

A continuación, una lista detallada de los principales sensores robóticos. Échale un vistazo.

1. Sensores de luz

Los sensores de luz se utilizan para identificar la luz y generar una diferencia de tensión. Hay dos tipos principales de sensores de luz utilizados en partes robóticas: fotorresistencias y células fotovoltaicas. Otros tipos, como CCDs, fototubos y fototransistores son menos usados en el mercado.

• Las fotorresistencias cambian la resistencia al alterar la intensidad de la luz. Más luz en ellas significa menos resistencia y viceversa. Tienen un mayor costo-beneficio y pueden ser fácilmente implementadas en robots industriales;
• Las células fotovoltaicas pueden convertir la energía de la radiación solar en energía eléctrica. Se utilizan en la construcción de robots solares con autonomía energética.

2. Sensores sonoros

Este sensor se utiliza para reconocer un sonido y convertirlo en señales eléctricas. Se usa en robots simples capaces de navegar con la ayuda del sonido. ¿Qué te parece un robot que gira a la derecha con el sonido de un aplauso y a la izquierda con dos aplausos? ¿O tal vez un robot que realiza tareas por comando de voz?

Las aplicaciones son diversas, pero la implementación de sensores sonoros en robots no es tan sencilla como parece. La diferencia de tensión creada por el sonido es mínima y debe ser amplificada para hacer un cambio medible. Además, la configuración de estos sensores y sus programaciones es más elaborada.

3. Sensores de temperatura

Los sensores de temperatura se utilizan mucho en robots que trabajan en condiciones extremas. Estos sensores ayudan al robot a adaptarse y controlar su funcionamiento, evitando fallos al pasar de valores críticos.

El funcionamiento es simple: pequeños sensores IC producen diferentes tensiones para ajustarse a los cambios de temperatura. Hoy en día, existen diversos modelos en el mercado.

4. Sensores de contacto

Los sensores de contacto dependen de la interacción física para funcionar. Esto crea una razón para que el robot actúe en consecuencia. Puede ser en un interruptor de límite, interruptor de botón o interruptor táctil. ¿Un ejemplo? El interruptor de fin de carrera. Excelente modelo de sensor de contacto usado en el mercado.

Son muy utilizados para que los robots eviten obstáculos. Cuando uno de los sensores toca un objeto, ordena al robot realizar una acción para girar, revertir dirección o detenerse.

En el caso de sensores capacitivos de contacto, están hechos para reaccionar al toque humano. Un ejemplo simple es la pantalla táctil de un smartphone. Son fáciles de implementar pero vienen con un problema: sin contacto físico, no funcionan.

Además, para robots que trabajan con cargas pesadas o alta velocidad, un roce puede significar un accidente serio, por eso, un sensor de contacto puede no ser suficiente para implementaciones de seguridad.

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5. Sensores de proximidad

Los sensores de proximidad pueden detectar la presencia de un objeto dentro de distancias predefinidas sin necesidad de contacto. Utilizan campos magnéticos u otras tecnologías para detectar los objetos dentro de su espacio de actuación. Algunos de los más comunes en el mercado son:

• Transmisores de Infrarrojos: Los transmisores emiten una luz LED en los sensores y esta luz se refleja. Si el reflejo es interrumpido por un obstáculo, el receptor del sistema lo capta y avisa al robot, que entonces toma una acción. También se utilizan para medir distancias con precisión;
• Ultrasónico: Crean frecuencias sonoras altísimas y detectan objetos por el eco (reflexión) de estas ondas en las superficies alrededor. Es como el modo de localización de murciélagos y delfines.
• Fotoresistencia como sensor de proximidad: Usadas también como sensores de luz, las fotorresistencias pueden utilizarse como sensores de proximidad gracias a sus características. La cantidad de luz varía al interactuar con obstáculos en la proximidad. Por eso, pueden programarse de esta manera.

6. Sesnores de presión

Se utilizan para cuantificar la presión. Los sensores táctiles ayudan a medir la fuerza y presión a través del tacto o interacción con otro objeto. Pueden determinar la fuerza de una garra robótica en un robot colaborativo y la fuerza de un brazo robótico y la presión necesaria para sostener un objeto en el aire adecuadamente.

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7. Sensores de inclinación

En el cuerpo humano, es dentro del oído que poseemos un órgano específico para calcular la inclinación y ofrecer equilibrio - de hecho, la laberintitis proviene de malformaciones o deformaciones en este órgano en el oído interno. En un robot, una pequeña cantidad de mercurio se coloca en un contenedor de vidrio.

Si hay inclinación, el mercurio automáticamente va hacia uno de los lados, desconectando el interruptor que indica el movimiento. Los modelos más nuevos ya no dependen solo del mercurio y pueden realizar la detección de otras formas (eléctrica, usando sensores de proximidad para ver cambios en el medio, etc.)

8. Sensores de navegación

Los sensores de navegación también se conocen como sensores de posicionamiento. Se usan en robots para detectar sus posiciones en el mundo. Los más comunes son:

• GPS: Beneficioso para robots en ubicaciones exteriores, analiza la posición geográfica del robot basándose en satélites;
• Localización: Este sensor ayuda al robot a reconocer elementos externos y procesar los datos para localizar sus posiciones. Considera tanto hitos naturales como artificiales para concluir la tarea;
• Brújula: Al igual que una brújula magnética, la versión digital también ayuda a un robot a detectar direcciones. Es bastante barato comparado con el GPS.

9. Sesnsores de aceleración

Este tipo de sensor ayuda a medir tanto la inclinación como la aceleración. Las dos principales fuerzas que pueden afectar el funcionamiento del acelerómetro son fuerzas estáticas y dinámicas.

• La fuerza estática es la fricción entre dos objetos. Esta fuerza se utiliza para entender cómo se inclina un robot;
• La fuerza dinámica es la cantidad de fuerza necesaria para mover un objeto. Así, la fuerza dinámica calcula la aceleración necesaria para iniciar un movimiento.

10. Giroscopio

Con la ayuda del momentum angular, este sensor se utiliza para cuantificar la orientación. Se usa cuando queremos que el robot actúe independientemente de la gravedad terrestre para mantener su orientación original, como robots instalados en paredes y techos.

11. Sensores IMU

Miden velocidad, orientación y fuerzas gravitacionales juntas. Usa todos los parámetros para calcular los resultados de manera más precisa.

12. Sensores de tensión

Estos sensores se utilizan principalmente para convertir una baja tensión en una alta y viceversa. Por ejemplo, un amplificador operacional recibe bajo voltaje, lo amplifica y crea una salida mayor. También pueden usarse para determinar la diferencia potencial entre dos lados, como un comparador.

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13. Sensores de corriente

Estos sensores están diseñados para monitorear el flujo de corriente en un circuito. La salida es la misma corriente o el voltaje correspondiente. Muchas salidas de voltaje en sensores de corriente varían entre 0V a 5V. La corriente obtenida, si es necesario, puede ser modificada por un microcontrolador.

14. Sensores de fuerza/torque

Los sensores de Fuerza y Torque están compuestos por un cuerpo transductor robusto montado entre el brazo robótico colaborativo y la herramienta.

Los sistemas de sensores F/T de ATI capturan y convierten cargas mecánicas en todos los ejes sufriendo fuerzas y torques, ofreciendo retroalimentación del proceso en tiempo real.

La salida de la detección de fuerza/torque proporciona datos viables que pueden utilizarse para verificar especificaciones de productos, ejecutar tareas complejas e incluso ofrecer un mejor control del robot colaborativo.

15. Sensores ópticos

El sistema de visión robótico consiste en una o más cámaras conectadas a un computador. Este computador posee un software de procesamiento que ayuda al robot a interpretar lo que la cámara ve.

Pueden ser 3D o 2D, dependiendo de las especificaciones del lugar de trabajo.

Los sistemas de visión 2D trabajan con un escaneo en línea con cámaras de inspección que registran imágenes en diferentes resoluciones, creando así una imagen rectilínea en el sistema para ser analizada posteriormente.

Los sistemas de visión 3D funcionan a base de sistemas de desplazamiento láser y componentes con multicámaras suelen usarse para orientar al robot y guiarlo en la inspección.

Además, hay dos tipos principales de sistemas de visión 3D: proyección ortográfica y proyección en perspectiva.

El primero tiene un campo de visión rectangular, ideal para sensores infrarrojos con localizadores de corto alcance o láser. El segundo usa proyección en perspectiva trapezoidal y es más recomendado para sistemas ópticos (cámaras).

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