Sensores en Robótica: Tipos, Funcionamiento y Características Clave

Introducción a los Sensores en Robótica

¿Qué es un Robot?

Un robot es un dispositivo automático que realiza tareas, a menudo aquellas consideradas ordinarias o repetitivas. La palabra proviene del checo "Robota", que significa servidumbre o servicio.

¿Qué es un Sensor?

Un sensor es un dispositivo capaz de medir magnitudes físicas, como por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, etc.

Clasificación de los Sensores

• Propioceptivos: Se refieren a la percepción del estado interno del robot.
• Exteroceptivos: Se refieren a la percepción de aspectos externos al robot.

Tipos de Sensores

Potenciómetro

Es la forma más simple de detección de posición. Al conectarse en configuración de puente, produce un voltaje proporcional a la posición del eje.

Resolventes

Dispositivos que producen dos señales analógicas: una es el seno del ángulo y la otra es el coseno.

Codificador Óptico Giratorio

A medida que gira el eje codificador, un disco que contiene un patrón artificial interrumpe un haz de luz. Un fotodetector convierte estos pulsos de luz en una forma de onda binaria.

Propiedades de los Sensores en Desarrollos Robóticos

• Velocidad de operación: Es la velocidad a la que el sensor genera nuevas medidas.
• Costo: Cuanta mayor información de calidad se tenga en las medidas, más caro es el sensor.
• Tasa de error: Incluye el número de medidas que da un sensor, el error medio de medida y el número medio de medidas perdidas.
• Robustez: Se refiere a la tolerancia que tiene un sensor a cambios en el medio de funcionamiento.
• Requerimientos computacionales.
• Potencia, peso y tamaño: Influyen en la autonomía y tamaño del robot.

Sensores Exteroceptivos Más Utilizados

• Sensores para medir distancias basados en ultrasonidos.
• Sensores para medir distancias que funcionen en el espectro infrarrojo.

Visión Artificial

Se refiere al procesamiento de datos de cualquier tipo que use el espectro electromagnético que produce la imagen.

Tipos de Cámaras

• Espectro visible.
• Espectro infrarrojo.

Ventajas de la Visión Artificial

• Ofrecen mucha información en cada imagen.
• Son el sensor ideal para detectar colores, texturas y para el reconocimiento de objetos.

Desventajas de la Visión Artificial

• Alto costo computacional.
• Precio elevado.
• Las imágenes dependen de la iluminación.

Sensores de Proximidad

Detectan la presencia de un objeto dentro de un intervalo de distancia especificado.

Sensores Inductivos

Son sensores basados en un cambio de inductancia debido a la presencia de un objeto.

Sensores de Efecto Hall

Relacionan la tensión entre dos puntos de un material conductor o semiconductor con un campo magnético a través del material.

Sensores de Iluminación

• Fotorresistencias: Son resistencias variables con la luz.
• Fototransistor: Transistor con corriente de base generada por la iluminación de la unión base-colector.
• Fotodiodos: Tienen gran sensibilidad y producen una salida lineal en un amplio rango de niveles de luz.

Sensores de Posicionamiento

Sensores de Medida Absoluta

Dan una medida de la posición con respecto a un sistema de referencia fijo al entorno.

Sensores de Medida Incremental

Son sensores que dan como medida incrementos de movimiento con respecto a un punto.

GPS (Sistema de Posicionamiento Global)

Desventajas: No se puede utilizar en edificios porque se bloquea la señal de los satélites.

DGPS (GPS Diferencial)

Proporciona a los receptores de GPS correcciones de los datos recibidos de los satélites con el fin de dar mayor precisión en la posición calculada.

Inclinómetro

Dispositivo que mide la orientación del vector gravitacional. Los más comunes usan mercurio.

Brújula

Usa el campo magnético de la Tierra para conocer la orientación del robot.

Giroscopio

Son brújulas de medida incremental. Miden cambios en la orientación del robot.

Sensores de Velocidad

La captación de velocidad se hace necesaria para mejorar el comportamiento dinámico de los actuadores del robot.

Características de los Instrumentos de Medición

Instrumento de Medición

Instrumento para medir que produce una señal de salida que lleva información sobre el valor de la magnitud sujeta a medición.

Sensor y/o Transductor

Es la fuente de información más crítica de un sistema.

Precisión

Regula el margen de imprecisión instrumental.

Error

Expresa la diferencia entre la magnitud medida y la lectura instrumental.

Error de Linealidad

Los instrumentos ideales son lineales.

Repetibilidad

Habilidad del instrumento para entregar la misma lectura en aplicaciones repetidas del mismo valor de la variable medida.

Reproducibilidad

Se refiere a la capacidad del instrumento de mantener una misma lectura cuando el valor de la especie sensada está a un valor constante.

Sensibilidad

Término para describir el mínimo cambio en la especie sensada que el instrumento puede detectar.

Resolución

Expresa la posibilidad de discriminar entre valores debido a las graduaciones del instrumento.

Banda Muerta

Los instrumentos suelen ser insensibles a muy pequeños cambios porque su sensibilidad así lo impone. Se refiere a cuán grande debe ser el cambio de la especie sensada para que el instrumento reaccione.

Tiempo de Respuesta

La medición de cualquier variable de proceso puede implicar una demora, que debe ser definida adecuadamente.

Función de Transferencia

Un instrumento se puede caracterizar formalmente mediante su función de transferencia entrada/salida.