Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, robot dựa vào cảm biến để cung cấp thông tin cần thiết nhằm thực hiện các hoạt động một cách chính xác.
Một báo cáo dự báo rằng thị trường cảm biến robot công nghiệp toàn cầu sẽ tăng trưởng ổn định với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) khoảng 8% vào năm 2021. Đối với các ứng dụng cảm biến robot trải rộng trong lĩnh vực tiêu dùng và ô tô, một báo cáo khác nêu rõ rằng chỉ riêng hệ thống thị giác sẽ đạt được thị trường 5,7 tỷ USD vào năm 2027, trong khi thị trường cảm biến lực sẽ vượt quá 6,9 tỷ USD.
Dưới đây là những cảm biến được sử dụng phổ biến nhất trong robot công nghiệp.
Cảm biến tầm nhìn 2D
Tầm nhìn 2D đề cập đến một camera có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, từ phát hiện vật thể chuyển động đến định vị các bộ phận trên băng chuyền. Nhiều camera thông minh có thể phát hiện các bộ phận và hỗ trợ robot xác định vị trí của chúng, cho phép robot điều chỉnh chuyển động dựa trên thông tin nhận được.
Cảm biến tầm nhìn 3D
Hệ thống thị giác 3D yêu cầu hai camera hoặc máy quét laser được đặt ở các góc khác nhau để phát hiện chiều thứ ba của vật thể. Ví dụ: chọn bộ phận sử dụng công nghệ thị giác 3D để phát hiện vật thể, tạo hình ảnh ba chiều, phân tích chúng và chọn phương pháp nắm bắt tối ưu.
Cảm biến lực/mô-men xoắn
Nếu cảm biến thị giác cung cấp cho robot mắt, thì cảm biến lực/mô-men xoắn sẽ cấp cho chúng khả năng nhận biết xúc giác. Robot sử dụng các cảm biến này để cảm nhận lực tác động bởi cơ quan tác động cuối cùng của chúng. Thường được đặt ở vị trí giữa rô-bốt và dụng cụ kẹp, các cảm biến lực/mô-men xoắn đảm bảo tất cả các lực tác dụng lên dụng cụ kẹp đều được robot giám sát.
Cảm biến lực/mô-men xoắn cho phép ứng dụng như lắp ráp, hướng dẫn thủ công, giảng dạy và giới hạn lực.
Cảm biến phát hiện va chạm
Những cảm biến này có nhiều dạng khác nhau, chủ yếu được thiết kế để cung cấp cho người vận hành một môi trường làm việc an toàn-những robot cộng tác dựa vào chúng nhiều nhất.
Một số cảm biến hoạt động như hệ thống nhận dạng xúc giác, phát hiện áp lực qua các bề mặt mềm và gửi tín hiệu để hạn chế hoặc tạm dừng chuyển động của robot.
Những thứ khác có thể được tích hợp trực tiếp vào robot. Một số công ty sử dụng phản hồi gia tốc, trong khi những công ty khác sử dụng phản hồi hiện tại. Trong cả hai trường hợp, khi robot phát hiện lực bất thường sẽ kích hoạt dừng khẩn cấp để đảm bảo an toàn.
Để cho phép robot công nghiệp cộng tác với con người, bước đầu tiên là xác định các phương pháp đảm bảo an toàn cho người lao động. Những cảm biến này có nhiều dạng khác nhau, từ máy ảnh đến tia laser, được thiết kế để thông báo cho robot về môi trường xung quanh. Một số hệ thống an toàn có thể được cấu hình để khi một người đi vào một khu vực/không gian cụ thể, robot sẽ tự động chạy chậm lại. Nếu người tiếp tục đến gần, robot sẽ ngừng hoạt động.
Ví dụ đơn giản nhất là cảm biến an toàn laser trên cửa thang máy. Khi tia laser phát hiện chướng ngại vật, cửa thang máy lập tức dừng lại và rút lại để tránh va chạm.
Cảm biến khác
Nhiều cảm biến có sẵn trên thị trường cho các ứng dụng đa dạng. Ví dụ bao gồm các cảm biến theo dõi đường hàn.
Cảm biến xúc giác cũng đang trở nên phổ biến. Thường được gắn trên dụng cụ kẹp, những cảm biến này phát hiện và nhận biết bản chất của vật thể được kẹp. Các cảm biến thường có thể phát hiện lực và xác định sự phân bố của nó, tiết lộ vị trí chính xác của vật thể. Điều này cho phép kiểm soát vị trí kẹp và lực tác dụng bởi bộ phận tác động cuối. Ngoài ra, một số cảm biến xúc giác có thể phát hiện những thay đổi về nhiệt.
Cảm biến tầm nhìn và tiệm cận, tương tự như những cảm biến cần thiết cho xe tự hành, bao gồm camera, hồng ngoại, sonar, siêu âm, radar và lidar. Nhiều camera có thể được sử dụng trong một số trường hợp nhất định, đặc biệt đối với tầm nhìn lập thể. Việc kết hợp các cảm biến này cho phép robot xác định kích thước, xác định vật thể và đo khoảng cách.
Cảm biến RFID (Nhận dạng qua tần số vô tuyến) cung cấp mã nhận dạng và cho phép rô-bốt được ủy quyền truy cập thông tin bổ sung.
Micro (cảm biến âm thanh) giúp robot công nghiệp nhận lệnh bằng giọng nói và nhận biết những âm thanh bất thường trong môi trường quen thuộc. Khi kết hợp với cảm biến áp điện, chúng có thể xác định và loại bỏ tiếng ồn-gây rung, ngăn chặn việc hiểu sai lệnh thoại. Các thuật toán nâng cao thậm chí có thể cho phép robot hiểu được cảm xúc của người nói.
Cảm biến nhiệt độ là một phần trong khả năng tự chẩn đoán của robot, giúp robot xác định môi trường xung quanh và tránh các nguồn nhiệt có thể gây hại.
Bằng cách sử dụng các cảm biến hóa học, quang học và màu sắc, robot có thể đánh giá, điều chỉnh và phát hiện các vấn đề tồn tại trong môi trường của chúng.
Đối với những robot hình người có khả năng đi lại, chạy hoặc thậm chí nhảy múa, sự ổn định là mối quan tâm lớn. Họ yêu cầu các cảm biến tương tự như cảm biến trong điện thoại thông minh để cung cấp dữ liệu vị trí chính xác. Các ứng dụng sử dụng 9 cảm biến-bậc tự do (9DOF) hoặc đơn vị đo lường quán tính (IMU) có gia tốc kế 3 trục, con quay hồi chuyển 3 trục và từ kế 3 trục.
Cảm biến là thành phần quan trọng hỗ trợ phần mềm thông minh; không có chúng, nhiều hoạt động phức tạp sẽ không thể thực hiện được. Chúng không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho các nhiệm vụ phức tạp mà còn đảm bảo các hoạt động này vẫn được-kiểm soát tốt trong suốt quá trình thực thi.