Un trasductor es un dispositivo que trasnforma un tipo de
variable fisica.
Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una
variable física de interés. Algunos de los sensores y transductores utilizados
con más frecuencia son los calibradores de tensión (utilizados para medir la
fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros
(velocidad).
Los transductores y los sensores pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la señal convertida.
Los dos tipos son:
• Transductores
analógicos
• Transductores
digitales
Los transductores analógicos:
Proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo
voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la
variable física que se mide.
Los transductores digitales:
Producen una señal de salida digital, en la forma de un
conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que
pueden ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el
valor de la variable medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la
ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores
analógicos en la automatización y en el control de procesos.
Características deseables de los transductores:
Exactitud:
La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese
posible. Se entiende por exactitud que le valor verdadero de la variable se
pueda detectar sin errores sistemáticos positivos o negativos en la medición.
Sobre varias mediciones de la variable, el promedio de error entre el valor
real y el valor detectado tendera a ser cero.
Precisión:
La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese
posible. La precisión significa que existe o no una pequeña variación aleatoria
en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de
mediciones será mínima.
Rango de funcionamiento:
El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y
debe ser exacto y preciso en todo el rango.
Velocidad de respuesta:
El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de
la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta
instantánea.
Calibración:
El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los
procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser
mínimos. Además, el sensor no debe necesitar una recalibración frecuente. El
término desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de
exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace
necesaria su recalibración.
Fiabilidad:
El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar
sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento.
Clasificación de los sensores
Internos: información sobre el propio robot
• Posición
(potenciómetros, inductosyn, ópticos...)
• Velocidad
(eléctricos, ópticos...)
• Aceleración
Externos: información sobre lo que rodea al robot
• Proximidad (reflexión lumínica, láser, ultrasonido...)
• Tacto (varillas, presión, polímeros...)
• Fuerza (corriente en motores, deflexión...)
• Visión (cámaras de tubo)
Según el tipo de magnitud física a detectar podemos
establecer la siguiente clasificación:
• Posición lineal o
angular.
• Desplazamiento o
deformación.
• Velocidad lineal o
angular.
• Aceleración.
• Fuerza y par.
• Presión.
• Caudal.
• Temperatura.
• Presencia o
proximidad.
• Táctiles.
• Intensidad
lumínica.
• Sistemas de visión artificial.
Otro tipo de clasificación es diferenciar entre sensores
activos o pasivos. Los sensores pasivos requieren de una alimentación para
efectuar su función, mientras que los activos general la señal sin necesidad de
alimentación externa
Los sensores externos son los elementos que permiten al
robot interactuar con su ambiente de una manera flexible. Aunque muchos de los
robots actuales ( sobre todo los de las industrias) trabajan de una forma
preprogramada, el uso de los sensores externos como apoyo en la ejecución de
tareas es cada día más amplio. Los sensores externos dan al robot mayor
independencia del entorno concreto en el que se mueven, lo que se traduce en un
mayor grado de "inteligencia".
Los sensores táctiles son dispositivos que indican el
contacto de algún objeto sólido con ellos mismos. Suelen ser empleados en los
extremos de los brazos de robot (pinzas) para controlar la manipulación de
objetos. A su vez se pueden dividir en dos tipos: de contacto y de fuerza.
Sensores de Contacto:
Los sensores de contacto nos indican simplemente si ha
habido contacto o no con algún objeto, sin considerar la magnitud de la fuerza
de contacto. Suelen ser dispositivos sencillos cuyo uso es muy variado.
Se pueden situar en las pinzas de los brazos de robot para
determinar cuando se ha cogido un objeto, pueden formar parte de sondas de
inspección para determinar dimensiones de objetos, o incluso pueden situarse en
el exterior de las pinzas para ir tanteando un entorno.
Estos sensores suelen ser interruptores de límite o
microinterruptores, que son sencillos dispositivos eléctricos que cuando se
contacta con ellos cambian de estado.
Sensores de fuerza:
Los sensores de fuerza determinan, Además de si ha habido
contacto con un objeto como los anteriores, la magnitud de la fuerza con la que
se ha producido dicho contacto. Esta capacidad es muy útil ya que permitirá al
robot poder manipular objetos de diferentes tamaños e incluso colocarlos en
lugares muy precisos. Para detectar la fuerza con la que se ha contactado con
un objeto existen diversas técnicas
Muñeca detectora de fuerza:
Consta de un célula de carga que se sitúa entre la muñeca y
las pinzas del brazo. Su objetivo es proporcionar información sobre las tres
componentes de la fuerza (Fx,Fy,Fz) y sobre sus tres momentos en velocidad con
la que se mueve el brazo es considerable, resulta difícil poder controlar sus
movimientos lo suficientemente rápido como para que no provoque ninguna
catástrofe (como el aplastamiento de algún objeto).
Sensores de Array táctil:
Es un tipo especial de sensores de fuerza ya que en realidad
está constituido por una matriz de pequeños sensores de fuerza. Debido a esta
característica, permiten además reconocer formas en los objetos que se está
manipulando. Este tipo de dispositivos suelen montarse en las pinzas de los
brazos de robot.
Cada uno de los sensores de fuerza que componen la matriz
suele ser una almohadilla elastomérica, que cuando se comprime cambia su
resistencia eléctrica de manera proporcional a la fuerza aplicada. Midiendo esa
resistencia es cuando podemos obtener la información acerca de la fuerza. La
resolución de este tipo de sensores vendrá dada lógicamente por las dimensiones
de la matriz de sensores.
Un factor muy importante y que puede resultar un problema al
diseñar este tipo de sensores es el grado de desgaste de la superficie de
contacto.
Sensores blindados y
sin blindaje:
Sensores blindados.- Incluyen una banda de metal que rodea
al núcleo de ferrita y a la bobina. Esto ayuda a dirigir el campo
electromagnético a la parte frontal del sensor.
Sensor blindado.
Sensores sin blindaje.- No tienen banda metálica; no
obstante, cuentan con una distancia de operación mayor y tienen la capacidad de
censar lateralmente.
Sensores inductivos:
• Consiste en un dispositivo conformado por:
• Una bobina y un
núcleo de ferrita.
• Un oscilador.
• Un circuito
detector (etapa de conmutación)
• Una salida de
estado sólido.
El oscilador crea un campo de alta frecuencia de oscilación
por el efecto electromagnético producido por la bobina en la parte frontal del
sensor centrado con respecto al eje de la bobina. Así, el oscilador consume una
corriente conocida. El núcleo de ferrita concentra y dirige el campo
electromagnético en la parte frontal, convirtiéndose en la superficie activa
del sensor.
Cuando un objeto metálico interactúa con el campo de alta
frecuencia, se inducen corrientes EDDY en la superficie activa. Esto genera una
disminución de las líneas de fuerza en el circuito oscilador y, en
consecuencia, desciende la amplitud de oscilación.
El circuito detector reconoce un cambio específico en la
amplitud y genera una señal, la cual cambia (pilotea) la salida de estado
sólido a "ON" u "OFF". Cuando se retira el objeto metálico
del área de senado, el oscilador genera el campo, permitiendo al sensor
regresar a su estado normal.
Sensor capacitivo:
Un sensor capacitivo es adecuado para el caso de querer
detectar un objeto no metálico. Para objetos metálicos es más adecuado escoger
un sensor inductivo.
Para distancias superiores a los 40 mm es totalmente
inadecuado el uso de este tipo de sensores, siendo preferible una detección con
sensores ópticos o de barrera.
Los sensores
capacitivos funcionan de manera similar a un capacitor simple.
La lámina de metal en el extremo del sensor esta conectado
eléctricamente a un oscilador. El objeto que se detecta funciona como una
segunda lámina. Cuando se aplica energía al sensor el oscilador percibe la
capacitancia externa entre el objetivo y la lámina interna. Los sensores
capacitivos funcionan de manera opuesta a los inductivos, a medida que el
objetivo se acerca al sensor capacitivo las oscilaciones aumentan hasta llegar
a un nivel limite lo que activa el circuito disparador que a su vez cambia el estado
del switch.
Sensores
Ultrasónicos:
Existe una línea versátil de sensores que incluyen 30 mm de
laminilla metal y albergues plásticos en dos estilos de albergue rectangulares.
Es estrecho análogo y con rendimientos a dispositivos
discretos extensamente, sensor múltiple de posicionamiento censando los rasgos
ambientales del entorno del robot.
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