El sistema sensorial del robot

La clave de la adaptación de los robots a un entorno cambiante está en la utilización de captadores en su misma estructura que a su vez son los que conforman su sistema sensorial.
Desde los comienzos de la robótica, los robots han ido evolucionando en su nivel de complejidad. Esta evolución en la construcción de los robots, es consecuencia directa de la necesidad cada vez mayor de adaptar uno de estos mecanismos a la realización de diversas tareas, siendo éstas cada vez más complejas. Así, los robots han pasado de realizar tareas repetitivas y sencillas a realizar funciones cada vez más complejas, donde los procesos no pueden ser repetitivos porque se encuentran sujetos a variaciones externas.
Por tanto, la evolución de la robótica está sujeta al desarrollo de nuevos captadores capaces de medir magnitudes que hasta ahora no somos capaces de cuantificar, y en la mejora de los sensores, siendo éstos cada vez más precisos en sus medidas. Por ello, la investigación en el campo del desarrollo de sensores, es de vital importancia en el mundo de la robótica.

¿QUÉ ES UN SENSOR O CAPTADOR ?

Un sensor o captador, es un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.
Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC , LDR etc.. todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable ), y la utilización de componentes activos.

En robótica, podemos diferenciar claramente tres grupos de sensores:

*-Sensores de posición: entre los que encontramos los captadores fotoeléctricos, captadores magnéticos, cámaras de vídeo etc...
*-Adaptadores de esfuerzos: éstos se encargan de medir la fuerza que se aplica a un objeto, o medir los pares etc..
*-Sensores de desplazamiento:se encargan de cuantificar los desplazamientos de objetos, la velocidad y aceleración de los mismos.

DESCRIPCIÓN DE ALGUNOS SENSORES

Algunos tipos de sensores utilizados en robótica y pertenecientes a cada grupo antes mencionado son:

*-Sensores de posición: su función es medir o detectar la posición de un determinado objeto en el espacio, dentro de este grupo, podemos encontrar los siguientes tipos de captadores:

-- Los captadores fotoeléctricos: la construcción de este tipo de sensores, se encuentra basada en el empleo de una fuente de señal luminosa (lámparas, diodos LED, diodos láser etc..) y una célula receptora de dicha señal, como pueden ser fotodiodos , fototransistores o LDR etc.
Este tipo de sensores, se encuentra basado en la emisión de luz , y en la detección de esta emisión realizada por los fotodetectores.
Según la forma en que se produzca esta emisión y detección de luz, podemos dividir este tipo de captadores en: captadores por barrera, o captadores por reflexión.

-- Captadores por barrera: detectan la existencia de un objeto, porque interfiere la recepción de la señal luminosa.

-- Captadores por reflexión: la señal luminosa es reflejada por el objeto, y esta luz reflejada es captada por el captador fotoeléctrico, lo que indica al sistema la presencia de un objeto.

*-Sensores de contacto: estos dispositivos, son los más simples, ya que son interruptores que se activan o desactivan si se encuentran en contacto con un objeto, por lo que de esta manera se reconoce la presencia de un objeto en un determinado lugar.
Su simplicidad de construcción añadido a su robustez, los hacen muy empleados en robótica.

-- Captadores de circuitos oscilantes: este tipo de captadores, se encuentran basados en la existencia de un circuito en el mismo que genera una determinada oscilación a una frecuencia prefijada, cuando en el campo de detección del sensor no existe ningún objeto, el circuito mantiene su oscilación de un manera fija, pero cuando un objeto se encuentra dentro de la zona de detección del mismo, la oscilación deja de producirse , por lo que el objeto es detectado. Estos tipos de sensores son muy utilizados como detectores de presencia, ya que al no tener partes mecánicas, su robustez al mismo tiempo que su vida útil es elevada.

*-Sensores por ultrasonidos: este tipo de sensores, se basa en el mismo funcionamiento que los de tipo fotoeléctrico, ya que se emite una señal, esta vez de tipo ultrasónica, y esta señal es recibida por un receptor. De la misma manera, dependiendo del camino que realice la señal emitida podremos diferenciarlos entre los que son de barrera o los de reflexión.

-- Captadores de esfuerzos: este tipo de captadores, se encuentran basados en su mayor parte en el empleo de galgas extensométrica, que son unos dispositivos que cuando se les aplica una fuerza, ya puede ser una tracción o una compresión, varia su resistencia eléctrica, de esta forma podemos medir la fuerza que se está aplicando sobre un determinado objeto.

*-Sensores de Movimientos: este tipo de sensores es uno de los más importantes en robótica, ya que nos da información sobre las evoluciones de las distintas partes que forman el robot, y de esta manera podemos controlar con un grado de precisión elevada la evolución del robot en su entorno de trabajo.
Dentro de este tipo de sensores podemos encontrar los siguientes:

- Sensores de deslizamiento:
Este tipo de sensores se utiliza para indicar al robot con que fuerza ha de levantar un objeto para que éste no se rompa al aplicarle una fuerza excesiva, o por el contrario que no se caiga de las pinzas del robot por no sujetarlo debidamente. Su funcionamiento general es simple, ya que este tipo de sensores se encuentran instalados en el órgano aprehensor (pinzas). Cuando el robot decide levantar el objeto, las pinzas lo agarran con una determinada fuerza y lo intentan levantar, si se produce un pequeño deslizamiento del objeto entre las pinzas, inmediatamente es incrementada la presión le las pinzas sobre el objeto, y esta operación se repite hasta que el deslizamiento del objeto se ha eliminado gracias a aplicar la fuerza de agarre suficiente.

- Sensores de Velocidad:
Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que mueven las distintas partes del robot. La forma más popular de conocer la velocidad del giro de un motor, es utilizar para ello una dinamo tacométrica acoplada al eje del que queremos saber su velocidad angular, ya que este dispositivo nos genera un nivel determinado de tensión continua en función de la velocidad de giro de su eje, pues si conocemos a que valor de tensión corresponde una determinada velocidad, podremos averiguar de forma muy fiable a qué velocidad gira un motor. De todas maneras, este tipo de sensores al ser mecánicos se deterioran, y pueden generar errores en las medidas.
Existen también otros tipos de sensores para controlar la velocidad, basados en el corte de un haz luminoso a través de un disco perforado sujetado al eje del motor, dependiendo de la frecuencia con la que el disco corte el haz luminoso indicará la velocidad del motor.

- Sensores de Aceleración:
Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia porque si se produce una aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende a hacer poner el objeto en movimiento.

Supongamos el caso en que un brazo robot industrial sujeta con una determinada presión un objeto en su órgano terminal. Si al producirse un giro del mismo sobre su base a una determinada velocidad, se provoca una aceleración en todo el brazo, y en especial sobre su órgano terminal. Si esta aceleración provoca una fuerza en determinado sentido sobre el objeto que sujeta el robot y esta fuerza no se ve contrarrestada por otra, se corre el riesgo de que el objeto salga despedido del órgano aprehensor con una trayectoria determinada, por lo que el control en cada momento de las aceleraciones a que se encuentran sometidas determinadas partes del robot son muy importantes.

Un agradecimiento muy especial a la profesora Silvia Ejarque que nos envió este artículo.

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