Sensores 

Introdução 

          O uso de sensores permite que um robot possa interagir com o ambiente que o rodeia de uma forma flexível. Isto não acontece, nas operações pré-programadas onde um robot é ensinado como proceder para realizar tarefas repetitivas através de um conjunto de funcões programadas. Apesar do último caso ser o mais predominante nos robots industrais, o uso da tecnologia dos sensores introduz nas máquinas um maior nível de inteligência para lidar com o seu meio e é objecto de uma pesquisa intensa no campo da robótica. Um robot que possa sentir e ver como o Homem, é mais fácil de treinar para realizar tarefas complexas e requer, ao mesmo tempo, mecanismos de controle menos rígidos e atentos que os das máquinas pré-programadas. Um sistema sensorial, é também mais facilmente adaptável a uma maior variedade de tarefas, atingindo desta forma um maior grau de universalidade e que no limite se repercutirá em custos de produção e de manutenção menores. As funções dos sensores em robots podem-se dividir em duas categorias fundamentais: de estado interno e de estado externo. Os sensores de estado interno, tratam essencialmente da deteção de variáveis como por exemplo a localização das articulações do(s) braço(s) e não serão objecto de desenvolvimento pela nossa parte. Os externos, por outro lado, tratam da deteção de variáveis como distância, proximidade e tacto. Os sensores externos podem ser classificados como sendo ou não de contacto. Como o nome indica, os primeiros reagem com o contacto físico como o toque, o momento das forças, o deslizar enquanto que os últimos se baseiam nas variações acústicas e das radiações electromagnéticas. 


 

 
Sensores externos 
 

Sensores de distância 

          Um sensor de distância mede a distância entre um ponto de referência (normalmente outro sensor) e os objectos no campo de actuação do sensor. Este tipo de sensores são usados na navegação dos robots e no desvio de obstáculos, onde a sua utilização consiste no estimar das distâncias para os objectos mais próximos, em aplicações onde a localização e a forma desses objectos é necessária. Existem várias técnicas para efectuar os cálculos para determinar essa distância: o método da triangulação, a abordagem da luz estruturada  e a técnica dos ultrasons. 

          O primeiro método é um dos mais simples para calcular distâncias. Consiste basicamente na iluminação, através de um raio de luz, de um objecto. As deflecções da luz atingem um detector que pertence ao robot e permitem calcular através de uma fórmula baseada na concentração do raio de luz reflectido a distância pretendida.

 

          O segundo método consiste em projectar um padrão de luz para um conjunto de objectos e usar a distorção desse padrão para obter a distância. O padrão de luz mais utilizado é o do plano de luz("sheet of light"). A intersecção deste plano com os vários objectos atingidos, caracteriza-se por uma linha que será visionada, na maioria dos casos, por uma camara de TV situada a uma determinada distância da fonte luz. O padrão da linha obtida é fácilmente analizado por um computador para obter a distância pretendida. 

 

          O último método analizado, contrariamente aos métodos anteriores, é baseado nos ultrasons. A ideia básica desta estratégia, consiste em enviar durante um curto período de tempo um sinal ultrasónico. Sabendo que a velocidade do som é conhecida, é apenas necessário um simples cálculo envolvendo o intervalo de tempo desde o envio do sinal até ao seu retorno para determinar a distância para a superfície que refletiu o sinal. Este método foi desenvolvido através da observação dos morcegos e a sua área de aplicação vai bastante para além dos robots nomeadamente nos sonares dos submarinos.

 
 

Sensores de Proximidade 

          Os sensores de distância discutidos anteriormente estimam a distância entre o sensor e um determinado objecto. Os sensores de proximidade, por outro lado, têm geralmente um saída binária que indica a presença de um objecto a uma distância pré-definida. Vamos agora definir de uma maneira bastante sumária os diversos tipos de sensores de proximidade e as suas áreas de aplicação. 

          Os sensores indutivos baseiam-se na variação da indutância devido à persença de materiais metálicos e estão entre os mais utilizados nos sensores de proximidade industriais. O sensores de meio-efeito("half-effect") baseiam-se na relação entre a voltagem entre dois pontos de um material condutor ou semicondutor e o campo magnético existente nesse material. Quando actuam isolados estes sensores apenas podem detectar objectos magnetizados. 

 

          Contrariamente aos dois sensores anteriores que apenas detectam materiais ferro-magnéticos, os sensores capacitivos são potencialmente capazes de detectar todos os materiais sólidos e líquidos. Como o nome indica, estes sensores são baseados na mudança de capacitância induzida das superfícies que se aproximam do sensor. 

          Os sensores ultrasónicos, não se restringem às aplicações dos sensores referidos anteriormente e a sua forma de funcionamento é em tudo semelhante ao dos sensores de distância referidos anteriormente. 

          Finalmente, os sensores de proximidade ópticos. O seu modo de funcionamento é semelhante ao anterior na medida em que também eles detectam a proximidade dos objectos através da propagação de uma onda desde o transmissor até ao receptor. Neste caso, à semelhança do que acontece no método da triangulação, é emitido um raio de luz por um emissor sendo esse raio reflectido pelo objecto até ao receptor. A comparação entre os cones de luz formados no emissor e receptor permite depois determinar a existência ou não de um objecto próximo do sensor. 

 

 

Sensores de Toque 
 

          Os sensores de toque são usados para obter informação relativa ao contacto entre o(s) braço(s) do robot e os objectos do meio que o(s) circunda(m). A informação de toque pode ser usada, por exemplo, para a localização e reconhecimento de objectos, bem como para controlar a força exercida pelo(s) braço(s) num determinado objecto. Os sensores de toque podem ser divididos em fundamentalmente duas categorias: binários e analógicos. 

          Os sensores binários, são aparelhos de contacto que funcionam como micro-interruptores. Este tipo de sensores é muito útil para determinar se entre os dedos do robots existe algum objecto. Para permitir a recolha de uma maior e mais completa de informação deverá ser incluído um maior número de sensores. Os sensores analógicos, pelo seu lado, são aparelhos cuja informação de saída é proporcional com a força local aplicada. A informação fornecida é pois mais completa permitindo uma melhor adequação do robot ao mundo em que opera. 

 

 

Sensores de Força e de Momento 
 

          Os sensores de força e de momento são usados principalmente para medir as forças de reacção geradas durante a interacção do robot com outros objectos. As abordagens mais usuais para conseguir obter essas forças são as utilizam os sensores do pulso ou 

          Os sensores das junções nos braços. Um sensor de uma junção, mede as componentes cartesianas da força e do momento aplicados na junção e soma-os vectorialmente. Os sensores de pulso, por outro lado, consistem em quantificar a deflecção na estrutura mecânica devidoa forças exteriores. 

 

 
 
 

Conclusões 

          A informação aqui apresentada página é representativa do estado em que se encontram os sensores externos. Devemos ter em conta que grande parte destes sensores são ainda bastante primitivos quando comparados com as capacidades humanas. A evolução das tecnologias, nomeadamente nesta área, dá-se a ritmo alucinante não se podendo determinar com certeza, se será ou não possível atingir as metas a que a robótica se propõe. Elaborar um robot tão perfeito que seja quase impossível distinguí-lo de um ser humano.