Le capacit sensoriali dei robot

LE CAPACITÀ SENSORIALI NEI ROBOT
I sensori presenti in un robot possono essere interni ed esterni.
I sensori interni misurano delle grandezze dovute agli attuatori del robot.
I sensori esterni rilevano delle grandezze esterne al robot e gli consentono di interagire con l’ambiente,
questi sensori possono essere sensori di forza, sistemi per il riconoscimento di giunti da saldare, sistemi per
la misura della distanza da una lamiera da tagliare mediante laser, sistemi di visione, ecc.
Un robot dotato di sensori esterni, in base alle loro informazioni, è in grado di modificare il programma di
lavoro variando, ad esempio, la traiettoria per inseguire un giunto da saldare, oppure posizionandosi in modo
corretto per eseguire un montaggio oppure una presa in funzione dell’orientamento del pezzo, ecc.
Si ottengono risultati migliori misurando le caratteristiche della forza di contatto tra manipolatore ed
ambiente in modo da modificare, in base ad esse e tramite software, il percorso dell’organo terminale del
robot.
Per misurare le forze di contatto tra pezzo manipolato ed ambiente esterno si può utilizzare un elemento
deformabile, su cui saranno incollati diversi estensimetri in modo da rilevare deformazioni in una qualsiasi
direzione, che funga da elemento di connessione tra l’ultimo braccio del robot e l’organo terminale; ad
esempio esso può essere costituito da quattro barrette prismatiche, disposte perpendicolarmente tra di loro,
vincolate all’ultimo braccio del robot e all’organo terminale; su ciascuna barretta sono incollati due
estensimetri e pertanto si ha la possibilità di misurare otto diverse deformazioni.
I segnali provenienti dai sensori di forza vengono elaborati dal sistema di controllo e in base ad essi vengono
modificati i segnali di riferimento per la posizione relativi a ciascun giunto.
CAPACITÀ TATTILI NEI ROBOT
In un robot può essere presente anche il senso del tatto; esso può essere imitato utilizzando sia dei sensori in
cui occorre il contatto fisico tra sensore ed oggetto da rilevare, quali i finecorsa a contatto meccanico, sia
utilizzando dei sensori di prossimità.
Sensori di prossimità induttivi
I sensori di prossimità si basano su diversi principi di funzionamento.
Tra i più impiegati vi sono i sensori di prossimità induttivi: nella testa del sensore è presente un oscillatore,
cioè un dispositivo che genera una corrente alternata ad alta frequenza, che di conseguenza crea a sua volta
un campo magnetico presente anche all’esterno del trasduttore stesso.
La presenza di un materiale metallico, che sia elettricamente e/o magneticamente buon conduttore, nella
zona di sensibilità del sensore determina una variazione di questo campo con un aumento del flusso
magnetico che, essendo continuamente variabile, determina un aumento delle forze contro elettromotrici
presenti nell’oscillatore.
Sensori di prossimità capacitivi
Altri finecorsa di prossimità si basano sulla rilevazione della variazione di capacità di un circuito RC
all’avvicinarsi di un oggetto di qualsiasi natura.
Questi sensori possono sentire anche materiali che non sono allo stato solido, quali polveri, o liquidi.
È solo necessario che essi provochino una va azione nel dielettrico apprezzabile dal sensore.
Sensori ad ultrasuoni (sonar)
Per il rilevamento delle distante vengono oggi molto impiegati dei sensori ad ultrasuoni o sonar.
I sensori ad ultrasuoni si basano sulla presenza di un elemento piezoceramico ad ultrasuoni, o di altri
dispositivo, che sono in grado di emettere e di ricevere segnali.
Vengono emessi degli impulsi ultrasonici.
Se questi impulsi nel loro cammino incontrano degli oggetti viene generato un eco che viene ricevuto
dall’elemento piezoceramico e trasformato in un segnale elettrico.
SISTEMI DI VISIONE IN UN ROBOT
Tra i sensori che consentono un maggiore interfacciamento con il mondo esterno vi sono i sistemi di visione.
Le funzioni che normalmente deve svolgere un sistema di visione si possono suddividere in tre tipi:
L’oggetto è fermo: il sistema di visione si fa una immagine dell’oggetto ed in base ad essa il robot deve
prendere le opportune decisioni per poter agire successivamente.
Rientrano in questa categoria:
1. La scelta di un determinato pezzo, disposto in modo ordinato o alla rinfusa, in uno scenario neutro. Deve
essere riconosciuto sempre lo stesso pezzo.
2. La scelta di un pezzo presente da solo, disposto in modo ordinato o alla rinfusa, in uno scenario neutro. I
pezzi da riconoscere sono diversi.
3. La scelta di un pezzo tra altri differenti disposti in modo ordinato o alla rinfusa. Gli oggetti riconoscibili
sono diversi.
4. In seguito al processo di riconoscimento si potranno ottenere:
5. La tipologia dell’oggetto osservato.
6. Il riconoscimento dell’orientamento di un particolare secondo una determinata direzione.
7. La esatta localizzazione dei fori di avvitatura, ecc. o in genere l’esatta collocazione del pezzo.
8. In questi casi l’organo di visione può essere posizionato separatamente dal robot.
L’oggetto è in movimento: si richiedono delle informazioni sui parametri relativi a questo moto in modo da
fornire al robot, ad esempio, la velocità di traslazione di un pezzo su di una linea.
Tale metodo non è molto applicato in quanto possono essere utilizzati altri mezzi più semplici.
Il robot si muove, mentre il pezzo è fermo: il sistema di visione, normalmente solidale al robot, deve fornire
a questi le informazioni necessarie che lo guidino lungo una certa traiettoria, tramite un controllo ad anello
chiuso; ad esempio si può avere un robot per saldatura continua ad arco guidato lungo il cianfrino da un
sistema di visione.
I SENSORI ELETTRO OTTICI
Quali sensori elettro ottici oggi vengono impiegate telecamere di tipo televisivo o telecamere allo stato
solido ad accoppiamento di carica.
Telecamere a tubo catodico Vidicon
Le telecamere a tubo catodico impiegate sono i tipi Vidicon e Plumbicon.
In una telecamera di tipo Vidicon un sistema di lenti proietta l’immagine su un piano che diventa conduttivo
in presenza di luce (superficie fotoconduttiva o fotosensibile); si ha di conseguenza un moto di cariche
elettriche; la superficie fotoconduttiva è una superficie continua, ma può essere assimilata ad una matrice di
microcondensatori tali che in ciascuno di essi viene ceduto un numero di cariche elettriche proporzionale
all’intensità luminosa incidente.
In tal modo si trasforma un segnale luminoso in un segnale elettrico.
Dall’esame delle caratteristiche di una telecamera a tubo catodico si osserva come essa:
1. Non si presta ad essere impiegata nei casi in cui le immagini siano in rapido movimento a causa di una
certa persistenza dell’immagine nella parte fotosensibile.
2. Ha una durata limitata e risente facilmente di urti e vibrazioni.
3. È abbastanza sensibile, per la presenza del fascio elettronico di esplorazione, alle interferenze
elettromagnetiche.
4. Possono aversi delle distorsioni nelle immagini dovute sempre alla presenza del fascio elettronico che
può essere deviato accidentalmente da campi elettrici o magnetici esterni.
5. L’assorbimento energetico è elevato.
6. Ha il vantaggio di poter avere una buona risoluzione, dovuta alla continuità della superficie
fotosensibile; questa è tanto maggiore quanto minori sono le dimensioni del fascio elettronico di
scansione e maggiori, di conseguenza, il numero delle righe esplorate. Anche la sensibilità è buona.
Telecamere allo stato solido CCD
Nelle telecamere allo stato solido CCD, oltre al sistema di lenti per la proiezione dell’immagine, si hanno
dei sensori lineari a fotodiodi o dei dispositivo a matrice a trasferimento di carica; pertanto non si ha una
superficie fotosensibile continua, ma ciascun sensore è formato da un numero finito di singoli elementi.
Per effetto dell’energia posseduta dalle radiazioni luminose incidenti in ciascun distinto elemento del
sensore si viene ad avere una separazione delle cariche elettriche negative e positive (elettroni e lacune)
proporzionali alla luminosità; i segnali dovuti a queste cariche vengono amplificati in modo che possano
essere letti sotto forma di tensioni che, per la discontinuità della matrice, varieranno anch'essi con
discontinuità.
Per rendere bidimensionali questi sensori lineari se ne utilizzano più in numero tale da ottenere una matrice
delle dimensioni volute.
Una telecamera allo stato solido:
1. Ha il vantaggio di avere delle dimensioni minori.
2. Di essere molto resistente, sia agli urti che alle vibrazioni.
3. Di essere immune ai campi elettromagnetici non essendo necessaria la presenza di un fascio di elettroni
per la lettura della superficie sensibile.
4. Di non presentare distorsioni nell'immagine sempre per la mancanza del fascio di elettroni di
esplorazione.
5. Di non avere persistenza dell'immagine e quindi di essere adatta anche a riprendere oggetti in
movimento.
6. Ha un basso assorbimento energetico.
7. Potenzialmente ha una sensibilità superiore a quella di una telecamera di tipo televisivo.
8. La risoluzione non è tuttavia molto elevata non essendo la superficie sensibile di tipo continuo; essa
dipende dal numero dei singoli elementi che compongono il sensore.
9. Questa telecamera ha tuttavia ancora un costo relativamente elevato, anche se in rapida diminuzione.
ACQUISIZIONE DELLE IMMAGINI - LA DIGITALIZZAZIONE
Si è detto come nelle telecamere vengano generati dei pacchetti di cariche elettriche, proporzionali alla
luminanza di ciascun punto dell’immagine (pixel = picture element = elemento dell’immagine); questi
pacchetti di cariche originano delle tensioni, cioè delle grandezze analogiche; affinché possano essere
accettate da un sistema di elaborazione occorre che esse, tramite un convertitore analogico-digitale, vengano
convertite in grandezze digitali (o numeriche).
L’insieme di questi pixel, ciascuno espresso mediante un numero, origina nella memoria una matrice
formata da righe e colonne: si viene ad avere cioè una immagine numerica dell’oggetto.