SENSORES EN ROBÓTICAGrupo SIRP (Sistemas Inteligentes, Robótica y Percepción)

Departamento de Electrónica – Pontificia Universidad Javeriana – Bogotá

Contacto: gruposirp@gmail.com

INTRODUCCIÓN

LLas actividades que se presentarán a través de estemedio, son desarrolladas por el grupo de investigación enSistemas Inteligentes, Robótica y Percepción -SIRP- delDepartamento de Electrónica de la Pontificia UniversidadJaveriana, Bogotá-Colombia.EEl objetivo de éste documento es orientar a losestudiantes sobre los tipos de sensores que existen.

CONTENIDO

• SENSORES▫ DEFINICIÓN▫ TIPOS DE SENSORES▫ SENSORES EN ROBÓTICA: DE POSICIÓN DE FINAL DE CARRERA TEMPERATURA LUZ OTROS

• ALGUNOS ELEMENTOS ELECTRÓNICOS • TALLERES• BIBLIOGRAFÍA

SENSORES

• Sensor viene de la palabra sentir, esto quiere decir que los sensores de una persona son los órganos correspondientes a los sentidos. A través de éstos, tenemos la capacidad de captar información del ambiente, por ejemplo la temperatura, la luz, el color, entre otras.

• De la misma manera, existen sensores que se utilizan en aplicaciones electrónicas para capturan información del medio ambiente para que una máquina pueda entenderla.

• Entonces, un sensor es un dispositivo que mide magnitudes físicas o químicas, que llamaremos variables del entorno y las transforma en variables eléctricas para que una máquina, las pueda entender.

DEFINICIÓN DE SENSORES

• En algunos casos, se tienen aplicaciones que requierenobtener información del ambiente, por lo que esnecesario medir o detectar variables químicas o físicaspara que una máquina pueda interactuar con elambiente o para que pueda ejecutar alguna accióndefinida por un usuario previamente. Por ejemplo:

• Supongamos que se quiere usar una máquina de aireacondicionado para enfriar el ambiente en unahabitación hasta los 20º. Para lograr el objetivo, sedebe medir la temperatura del ambiente, para que lamáquina se prenda cuando la habitación está a unatemperatura mayor que 20º. Cuando la temperaturaalcanza los 20º, la máquina debe apagarse.

USO DE LOS SENSORES

• Se utilizan sensores por ejemplo, en la industria automotriz, en industrias de manufactura, en robótica, entre muchas otras áreas.

• Así, para dar a los robots la capacidad de realizar tareasde forma independiente, es necesario dotarlos desensores, a partir de los cuales pueden percibir su

entorno y pueden llevar a cabo múltiples funciones.

Tipos de Sensores

• Según la magnitud que miden, los sensores electrónicos más comunes son:

▫ De posición, lineal o angular: Encoder, potenciómetro

▫ Aceleración/Inclinación: Acelerómetro

▫ Temperatura: termopar

▫ Proximidad: de contacto o de final de carrera

▫ De luz: Fotosensor

▫ Micrófono

▫ Ultrasonido

▫ Cámaras de video

Otra clasificación de los sensores:

• Análogos: Este tipo de sensores convierten el valormedido de la variable real, en una señal eléctricaequivalente.

• Encendido/apagado (On/Off): Este tipo de sensoresdeterminan un umbral en la variable medida, de modoque a partir de este valor, hacia arriba, entregan una señaleléctrica alta (por ejemplo 5V), mientras que del umbralhacia abajo, entregan una señal eléctrica baja (porejemplo 0V)

• Para mayor información, visite el siguiente sitio en la red:http://www.todorobot.com.ar/documentos/sensores.pdf

• Descripción: Un encoder incremental es undispositivo que se compone de partes mecánicas yeléctricas, usado para convertir la posición angular de uneje a un código que lo puede entender un computador(digital).

• Funcionamiento: Tiene una rueda mecánica, una fuentede luz y un fotosensor. A medida que la rueda girainterrumpe o deja pasar la luz y con esto se obtienenpulsos correspondientes al movimiento angular.

• Consultehttp://es.wikipedia.org/wiki/Codificador_rotatorio

A continuación se describen algunos de

estos sensores:

Sensores de posición

Sensores de contacto

Sensor de final de carrera o microswitch

• Descripción: Es un interruptor de 2 posiciones conresorte de retorno a la posición de reposo y con unapalanca de accionamiento.

• Usos: detección de obstáculos por contacto directo. Noson adecuados para robots de alta velocidad ya quedetectan el obstáculo al chocarse con éste y no se tieneel tiempo para frenar el robot.

Sensores de contacto

• Funcionamiento: En un circuito, se conecta un sensor de contacto con la función que tiene un interruptor: para prender o apagar un dispositivo.

• Los sensores de contacto tienen 2 posiciones:▫ Normalmente Abierto: Cuando el interruptor está

conectado en un circuito y no hay contacto, el circuito estáabierto, no existe un camino para la corriente. Cuando seoprime (al hacer contacto) se cierra y se tiene un caminoque permite el paso de la corriente

▫ Normalmente Cerrado: Cuando el interruptor estáconectado y no está oprimido, hay un camino de corriente.Al oprimir el interruptor (cuando hace contacto) el circuitoqueda abierto y por tanto no hay un camino de corriente

Sensores de temperatura

• Termistores:

Descripción: son elementos resistivos (resistencias) que cambiansu valor según la temperatura.

Usos: detección de la temperatura que se tiene alrededor. Tambiénsirven para activar actuadores que le permitan realizar tareas.

• Termopar:Descripción: Es un dispositivo formadopor la unión de dos metales distintos(generalmente constantán y cobre).Funcionamiento: el termopar produceun voltaje que depende de la diferencia detemperatura entre un extremo (llamadopunto caliente o terminal de medida) y elotro extremo (llamado punto frío oreferencia).

http://www.eni.es/pags/infotec/infotec_abajo1.htm

Sensores de luz

• LDR (Light Dependent Resistor, por sus siglas en inglés).Resistencia dependiente de la luz, es una resistencia quevaría su valor en función de la luz que incide sobre susuperficie, de igual forma que el termistor antesmencionado. Cuanto mayor sea la intensidad de la luzque incida en la superficie de la LDR, su resistencia serámenor y cuanto menor sea la intensidad de la luz queincida, mayor será la resistencia.

• Usos: Detectar niveles de luz ambiente. También paraseguir luces o linternas. Así, se puede crear un seguidorde luz con varias LDR dispuestas alrededor del robot yhacer que éste siga una luz directa.

Otros sensores

• Los micrófonos y los parlantes: sirven para que el robot detecte voces o para que emita sonidos.

• Sensor de ultrasonido: sirven para detectar obstáculos, cuando emiten una onda acústica de alta frecuencia y captan la reflexión de estas ondas.

• Cámaras de video: Son parte importante de la visión por computador de un robot, puesto que permiten captar la forma, la dimensión y otras características del ambiente.

• RESISTOR: (resistencia) Es un componente electrónico que tiene el objetivo deaumentar la oposición a la corriente eléctrica de un circuito.

• POTENCIÓMETRO: Es un resistor con valor de resistencia variable.• DIODO: Es un dispositivo electrónico (semiconductor) que permite el paso de la

corriente en un solo sentido. Se prende con un voltaje característicoproporcionado por el fabricante (por debajo de este valor el circuito quedaabierto). Cuando está encendido su resistencia es muy pequeña.

• LED: (light emitting diode, por sus siglas en inglés) Es un diodo que emite luz.El color de la luz depende del material semiconductor con el que está fabricado.

• ADICIONALMENTE, las siguientes herramientas y conceptos son de utilidadpara realizar los talleres propuestos:▫ Tabla de prototipos o PROTOBOARD: es un tablero de conexiones para

construir circuitos de prueba.

▫ TIERRA de un circuito: Punto de Referencia de voltaje (se considera 0V)

ALGUNOS ELEMENTOS ELECTRÓNICOS

Taller: sensores de final de

carrera caseros• Un sensor de final de carrera o de contacto es un

interruptor de dos posiciones:

▫ Estado inactivo o CIRCUITO ABIERTO: (no emiteningún tipo de señal).

▫ Estado activo: (CORTO CIRCUITO) si se realizade la forma más común. De esta forma se trasmiteuna señal.

• En este taller se observa el funcionamiento deeste tipo de sensores, mediante la construcciónde un circuito sencillo.

Montaje

• Ver video: http://www.youtube.com/watch?v=e0X7sPq8UvY

BIBLIOGRAFÍA• Enciclopedia Wikipedia, Sensor, disponible en:

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor. Consultado el 03-08-2010• Enciclopedia Wikipedia, Encoder, disponible en:

http://es.wikipedia.org/wiki/Codificador_rotatorio. Consultado el 03-08-2010

• Enciclopedia Wikipedia, Potenciémetro, disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Potenciómetro. Consultado el 03-08-2010

• Enciclopedia Wikipedia, Termopar, disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Termopar. Consultado el 03-08-2010

• Wikimedia, Microswitch, disponible en: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Microswitch.jpg. Consultado el 03-08-2010

• Sensores internos. Disponible en: http://proton.ucting.udg.mx/robotica/r166/r69/r69.htm . Consultado el 23/08/2010

• Teoría de termopares. Efecto Seebeck. Disponible en: http://www.eni.es/pags/infotec/infotec_abajo1.htm. Consultado el 23/08/2010