로봇은 다양한 목적을 위해 개발된 자동 작동되는 기계입니다. 로봇 공학에는 용접, 조립, 모니터링, 구조 및 복구 등이 포함됩니다. 로봇 센서로 알려진 특정 요구 사항을 충족하기 위해 로봇 설계에 사용되는 다양한 유형의 센서가 있습니다. 이러한 센서는 불확실성을 피하고 더 높은 생산성을 달성하기 위해 기계적으로 만들기 위해 로봇 공학에 필요합니다.
1. 로봇 센서란?
로봇의 상태 및 환경을 추정하는 데 사용되는 센서를 로봇 센서라고 합니다. 이 센서는 주로 인간 감각 기관의 기능에 달려 있습니다. 따라서 로봇이 효율적으로 작동하려면 위치, 거리, 속도, 크기, 방향, 가속도, 힘, 온도, 모멘트, 무게, 휘도 등과 같은 주변 환경에 대한 광범위한 데이터가 필요합니다.
로봇의 센서를 사용하면 환경에 대응하여 복잡한 작업을 수행할 수 있습니다. 모든 로봇은 위치, 신체 움직임 및 부품에 대한 정보를 알고 스스로 제어하기 위해 다양한 센서가 필요합니다.
2. 로봇 센서의 동작
모든 센서의 작동은 주로 에너지 변환을 의미하는 변환 원리에 달려 있습니다. 로봇 내부의 센서를 통해 로봇은 유연한 기술로 주변 환경에 반응할 수 있습니다. 로봇의 다양한 센서를 사용함으로써 로봇이 다양한 복잡한 작업을 수행할 수 있도록 관찰하고 감지할 수 있습니다.
로봇 센서는 로봇의 상태와 환경을 측정한 다음 전자 신호로 로봇의 컨트롤러에 알립니다. 따라서 로봇은 자신의 행동을 제어하기 위해 다양한 센서가 필요합니다.
로봇 센서 특성은 주로 다양한 상황에서 로봇에 적합한 센서를 결정하는 데 도움이 됩니다. 로봇 센서의 필요한 기능 중 일부는 다음과 같습니다.
- 정밀
- 데드 밴드 & 히스테리시스
- 교정
- 반복성
- 해상도
- 선형성
- 드리프트
- 온도
- 힘
- 사용 가능한 온도
- 출력 양식
- 보관 온도
- 스폿 크기
- 신뢰도
3. 로봇 센서의 종류
로봇 센서는 아래에서 설명하는 다양한 유형으로 제공됩니다.
1) 광 센서
광 센서는 빛을 발견하고 전압 차이를 생성하는 데 사용됩니다. 로봇에 사용되는 광 센서는 광전지와 광저항기의 두 가지 유형이 있습니다. 광전지는 태양 복사 에너지를 전기로 바꾸는 데 사용되며 이러한 센서는 태양 광 로봇 제조에 사용됩니다.
포토레지스터는 빛의 강도를 수정하여 저항을 변경하는 데 사용됩니다. 빛이 더 많으면 저항이 줄어 듭니다. 이 광 센서는 비싸지 않으므로 로봇에 쉽게 사용됩니다.
2) 사운드 센서
사운드 센서는 주로 소리를 감지하고 전기 신호로 변경하는 데 사용됩니다. 이 센서는 로봇에서 소리를 통해 탐색하는 데 사용할 수 있습니다. 이 센서를 사용하면 소리로 제어되는 로봇을 구현할 수 있습니다. 그래서 그 로봇은 한 번의 박수로 오른쪽으로 움직이고 두 번의 박수로 왼쪽으로 회전합니다.
3) 온도 센서
온도 센서는 주변 온도의 변화를 감지하는 데 사용됩니다. 이 센서는 주로 온도 내 변화에 대한 전압 차이 원리의 변화에 대해 작동하여 주변의 등가 온도 값을 생성합니다.
이 센서는 얼음 빙하나 사막과 같은 극한의 기상 조건에서 작동하는 로봇에도 사용할 수 있습니다. LM34, TMP37, TMP35, TMP36, LM35 등과 같이 온도를 감지하는 데 사용할 수 있는 다양한 유형의 온도 센서 IC가 있습니다.
4) 접촉식 센서
접촉 센서는 로봇 공학에 사용되는 터치 센서라고도 합니다. 접촉 센서의 주요 기능은 매니퓰레이터와 엔드 이펙터의 조인트에서 속도, 위치, 가속도, 토크 또는 힘 내의 변화를 감지하는 것입니다. 이러한 센서는 로봇이 제대로 작동하고 그에 따라 행동하기 위해 물리적 접촉이 필요합니다. 이 센서는 리미트 스위치, 버튼 스위치 및 촉각 범퍼 스위치와 같은 다양한 스위치에 사용됩니다.
이 센서는 장애물 회피 로봇에 광범위하게 사용됩니다. 센서가 장애물을 감지하면 로봇에 신호를 전송하여 로봇이 후진, 회전과 같은 다양한 작업을 수행하거나 그렇지 않으면 단순히 정지하도록 합니다.
5) 근접 센서
로봇의 근접 센서는 로봇에 가까운 물체를 감지하는 데 사용되며 물리적 접촉 없이 로봇에서 일부 물체까지의 거리를 측정하지만 자기장을 사용하여 이러한 물체를 감지합니다. 이 센서는 두 가지 유형의 IR 송수신기, 광 저항기 및 초음파 센서로 제공됩니다.
6) 압력 센서
압력 센서는 압력을 감지하는 데 사용되므로 이러한 센서는 터치, 압력 및 힘에 반응하기 때문에 로봇 공학에 사용됩니다. 이 센서는 물체를 잡는 데 필요한 그립과 힘의 양을 계산하기 위해 로봇 손을 설계하는 데 사용됩니다.
7) 내비게이션 센서
내비게이션 센서는 위치 감지 센서라고도 하며 로봇에서 위치를 감지하는 데 사용됩니다. 가장 자주 사용되는 내비게이션 센서는 GPS, Localization & Compass입니다.
GPS 시스템 또는 글로벌 포지셔닝 시스템은 GPS 위성에서 수신된 지도를 단순히 분석하기 때문에 외부 로봇에 매우 유용합니다.
위치 파악 센서는 로봇이 자연 랜드마크 및 인공 랜드마크와 같은 외부 요소를 인식하고 데이터를 처리하여 위치를 찾는 데 도움을 줍니다.
자기 나침반은 로봇이 목적지에 도달할 수 있도록 올바른 방향으로 안내하기 위해 지구의 자기장으로 방향 측정을 제공하는 데 사용됩니다. GPS에 비해 이러한 센서는 매우 저렴합니다.
8) 가속도 센서
가속도 센서는 가속도 및 기울기를 측정하는 데 사용됩니다. 두 가지 주요 힘은 정적 및 동적 힘과 같은 가속도계의 작동에 영향을 줄 수 있습니다.
두 물체 사이의 마찰은 로봇이 얼마나 정확하게 기울어지는지 아는 데 사용되는 정적 힘으로 알려져 있습니다. 물체를 움직이는 데 필요한 힘의 양은 필요한 가속도를 추정하는 데 사용되는 동적 힘으로 알려져 있습니다.
9) 자이로스코프 센서
자이로스코프 센서 또는 자이로는 각운동량 원리를 통해 방향을 측정하고 유지하는 데 사용되는 센서 중 하나이며, 자이로스코프는 특정 축 영역의 회전 속도를 계산하는 데 사용됩니다. 이 센서는 로봇이 방향을 유지하기 위해 지구의 중력에 의존하지 않도록 할 때 매우 유용합니다.
10) IMU 센서
IMU 센서인 IMU는 "관성 측정 단위"의 약자로 자이로, 가속도계 및 자력계와 같은 두 개 이상의 센서 속성을 병합하여 속도, 중력 및 방향력을 계산합니다.
11) 전압 센서
전압 센서는 전압 범위를 낮음에서 높음으로 변경하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 연산 증폭기는 더 적은 전압을 사용하고 증폭하며 고전압으로 출력을 생성합니다. 간단한 LED는 전압 센서로 작동하여 전압 차이를 감지하고 켜질 수도 있습니다.
12) 전류 센서
전류 센서는 회로 내의 전류 흐름을 모니터링하고 전류 또는 비례 전압과 같은 출력을 제공하는 데 사용됩니다. 이러한 센서의 대부분은 0V-5V 범위의 아날로그 전압이며 마이크로 컨트롤러의 도움으로 추가로 처리할 수 있습니다.
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