Senzori u robotici
Da bi robot mogao raditi samostalno, bez obzira na nivo samostalnosti, on mora biti „svestan“ sebe i svoje
okoline. Preciznije rečeno, robot mora imati mogućnost merenja sopstvenog položaja i brzine kao i merenja
različitih veličina u radnoj okolini čime stiče predstavu o spoljnom prostoru.
Različiti merni uređaji i sistemi kojima robot dobija informacije o sebi i okolini nazivaju se senzori. Danas su to
uređaji za merenje ugaonog i translatornog pomeranja, različiti senzori dodira, uređaji za merenje rastojanja,
sile, ubrzanja i sl. Posebnu klasu senzorskih sistema čine vizuelni sistemi, danas već često u upotrebi. Kako se
od robota u budućnosti očekuje izuzetna samostalnost, to je neophodan uslov značajan napredak u senzor-skoj
tehnici kao što je, na primer, čulo dodira sa mogućnošću određivanja glatkoće i mekoće površine,
trodimenzionalna vizija, čulo sluha sa prepoznavanjem govora itd.
Već smo rekli da robot posredstvom senzora dobija podatke o sebi i o okolini. Podatke o sopstvenom položaju i
brzini robot dobija merenjem pomeranja u zglobovima i brzina tih pomeranja. S obzirom na to da se mere
takozvane unutrašnje koordinate i brzine, odgovarajuće merne uređaje nazivamo unutrašnjim senzorima.
Postoje i uređaji koji mere različite veličine vezane za odnos robota i spoljašnje sredine (na primer, udaljenost
od prepreke itd.). Takve uređaje nazivamo spoljašnjim senzorima.
Unutrašnji senzori postojali su već kod prvih tipova robota. Naime, merenje položaja i brzine neophodno je za
realizaciju bilo kakvog servosistema. Takvi senzori i danas postoje kod svih robota. Ako pretpostavimo da
savremeni robot ima upravljačku shemu sa više nivoa, tada unutrašnji senzori obezbeduju informacije za rad
najnižeg nivoa (servosistemski nivo). Spoljašnji senzori po pravilu daju informacije za više nivoe upravljanja i
na osnovu njih se donose odluke.
Navedimo još jednu podelu senzora. Jedna vrsta su takozvani merni pretvarači (engl. transducets). To su uređaji
koji jednu fizičku veličinu (onu koju želimo izmeriti) pretvaraju u drugu. Primer je potenciometar koji
pomeranje prevodi u električni napon. Dobijeni napon po određenom zakonu odgovara merenom pomeranju.
Tada kažemo da je dobijena informacija o pomeranju u analognoj formi. Da bi se utvrdila tačna zavisnost
pomeranja i napona, neophodno je izvršiti kalibraciju ovakvih uređaja. Ukoliko se upravljanje sistemom
realizuje digitalno, tada je neophodno analognu informaciju prevesti u digitalni oblik koji će prihvatiti
upravljački računar. Elektronski sklopovi koji određenu vrednost napona (analogna informacija) prevode u
digitalnu formu nazivaju se analogno-digitalni (A/D) konvertori. Oni na izlazu daju brojnu vrednost merene
veličine u binarnom sistemu. Kada govorimo o analogno-digitalnoj konverziji napomenimo da postoji i obrnuti
postupak, kada se brojni podatak o električnom naponu (digitalni podatak) prevodi u sam napon (analogna
forma). Radi se, dakle, o digitalno-analognoj (D/A) konverziji, a elektronski sklopovi koji realizuju ovu
konverziju nazivaju se D/A konvertori.
Druga vrsta senzora daje odmah digitalnu vrednost merene veličine.
Potenciometar
Potenciometrom možemo meriti translatorna i ugaona pomeranja. Princip merenja je zasnovan na linearnoj
zavisnosti električne otpornosti provodnika od njegove dužine. Zato se potenciometar sastoji od otpornika i
klizača. Na slici su prikazani potenciometri za merenje translatornog i ugaonog pomeranja. Prikazana shema
omogućava merenje pozitivnih i negativnih pomeranja.
Da bi se dobila informacija o položaju, potrebno je izmeriti napon U. Za takvo merenje potrebno je vezati
voltmetar između tačaka A i C. Voltmetar mora imati veliku unutrašnju otpornost da bi se zadovoljila
pretpostavka da kroz klizač CC’ ne protiče struja. Potenciometar daje podatak o položaju zgloba u analognoj
formi.
Rezolver
Osnovne ideje rada rezolvera objasnićemo na primeru rezolvera sa dva namotaja, jedan na statoru (S — S) i
jedan na rotoru (R— R). Namotaji su motani kako je to prikazano na slici. Sa slike vidimo da se magnetno
sprezanje namotaja menja pri obrtanju rotora. Ako na stator dovodimo naizmenični napon, tada će se na rotoru
indukovati napon, tj. dobiće se naizmenični napon čija amplituda zavisi od ugla obrtanja
rotora . Na ovaj način je, dakle, moguće meriti ugao .
Apsolutni i inkrementalni enkoder
a) Apsolutni enkoder. Objasnimo princip rada ovog uređaja za merenje ugla. Glavni deo uređaja je disk koji je
vezan za ulaznu osovinu čiji se ugao obrtanja meri. Potrebno je izmeriti ugao obrtanja diska. Na disku se nalazi
nekoliko koncentričnih putanja, a na svakoj od njih smenjuju se prozirna i neprozirna polja. Pri tome, na raznim
putanjama razmaci su različiti.
Na jednom mestu na disk pada svetlosna linija koja ide od centra na obodu i preseca sve koncentrične putanje.
Duž iste linije, ali ispod diska, postavljen je niz fotodetektora tako da se po jedan nalazi ispod svake
koncentrične putanje. Sa slike se vidi da će, duž svetlosne linije, negde da se nade prozirno, a negde neprozirno
polje. Kroz neku od koncentričnih putanja svetlost će proći, a kroz neke ne. Fotodetektori registruju da li je kroz
neku putanju prošla svetlost ili ne. Ako sa 0 označimo detektor koji nije registrovao svetlost, a sa 1 onaj koji
jeste i ako detektore posmatramo od oboda ka centru, tada ćemo dobiti niz nula i jedinica. U primeru na slici,
dobićemo niz 0100. Ovaj niz predstavlja traženu vrednost ugla izraženu u binarnom brojnom sistemu. Ako se
sada ulazna osovina i disk obrnu, promeniće se raspored prozirnih i neprozirnih polja na koje pada svetlost.
Tada ćemo dobiti drugačiji niz nula i jedinica, odnosno drugu vrednost ugla. Na izlazu uređaja dobijamo
vrednost izmerenog ugla u binarnom kodu, dakle, informaciju o uglu u digitalnom obliku.
Umesto ploče sa prozirnim i neprozirnim poljima može se koristiti ploča sa prorezima ili, pak, ploča sa
ogledalima kada detektor registruje odbijeni zrak.
Treba ukratko objasniti i način funkcionisanja fotodetektora. To je element koji, ako se osvetli, proizvodi
električni napon od na primer 2,5 V. Uređaj meri napon na svakom detektoru i ako se pojavi 2,5 V smatra se da
je detektor osvetljen i pridružuje mu se binarna cifra 1. Ako napona nema, onda tome detektoru odgovara cifra
0.
b) Inkrementalni enkoder. Ovaj enkoder je takođe optički uređaj za merenje ugla. Osnovni deo uređaja je disk
koji je vezan za ulaznu osovinu čiji ugao obrtanja merimo. Na disku se nalazi niz zareza (ili prozirnih površina)
kao što je prikazano na slici. Uglovni razmak između svaka dva zareza je = 2/K, gde je K ukupni broj zareza.
