https://aie24.pl/
Czujniki to percepcyjny interfejs między robotem a środowiskiem. Czujniki pasywne, takie jak kamery, są prawdziwymi obserwatorami otoczenia: przechwytują sygnały generowane przez inne źródła w otoczeniu. Aktywne czujniki, takie jak sonar, wysyłają energię do otoczenia. Polegają na tym, że ta energia jest odbijana z powrotem do czujnika. Czujniki aktywne zwykle dostarczają więcej informacji niż czujniki pasywne, ale kosztem zwiększonego zużycia energii i stwarzają ryzyko zakłóceń w przypadku jednoczesnego używania wielu czujników aktywnych. Rozróżniamy również, czy czujnik jest ukierunkowany na wykrywanie otoczenia, lokalizacji robota, czy też wewnętrznej konfiguracji robota. Dalmierze to czujniki, które mierzą odległość do pobliskich obiektów. Sondy sonarowe to aktywne dalmierze, które emitują kierunkowe fale dźwiękowe, które są odbijane przez obiekty, a część dźwięku wraca do czujnika. Czas i intensywność powracającego sygnału wskazuje odległość do pobliskich obiektów. Sonar to technologia wybierana przez autonomiczne pojazdy podwodne i była popularna we wczesnych dniach robotyki wewnętrznej. Widzenie stereofoniczne (patrz rozdział 27.6) opiera się na wielu kamerach, które obrazują otoczenie z nieco innych punktów widzenia, analizując powstałą paralaksę na tych obrazach, aby obliczyć zasięg otaczających obiektów. W przypadku mobilnych robotów naziemnych sonar i widzenie stereo są obecnie rzadko używane, ponieważ nie są one niezawodnie dokładne. Kinect to popularny, niedrogi czujnik, który łączy w sobie kamerę i projektor światła strukturalnego, który wyświetla na scenie wzór linii siatki. Kamera widzi, jak wyginają się linie siatki, dając robotowi informacje o kształcie obiektów na scenie. W razie potrzeby projekcja może być światłem podczerwonym, aby nie zakłócać innych czujników (takich jak ludzkie oczy). Większość robotów naziemnych jest obecnie wyposażona w aktywne dalmierze optyczne. Podobnie jak czujniki sonaru, czujniki zasięgu optycznego emitują aktywne sygnały (światło) i mierzą czas, aż odbicie tego sygnału dotrze z powrotem do czujnika. W samochodach autonomicznych często stosuje się lidary skanujące (skrót od wykrywania światła i określania odległości) – aktywnych czujników, które emitują wiązki laserowe i wykrywają odbitą wiązkę, zapewniając pomiary zasięgu z dokładnością do centymetra przy zasięgu 100 metrów. Wykorzystują złożone układy luster lub obracających się elementów, aby przesuwać wiązkę przez otoczenie i budować mapę. lidary skanujące zwykle działają lepiej niż kamery czasu przelotu na dłuższych dystansach i mają tendencję do działania lepiej w jasnym świetle dziennym. Radar jest często wybieranym czujnikiem odległości w pojazdach powietrznych (autonomicznych lub nie). Czujniki radarowe mogą mierzyć odległości do kilometrów i mają przewagę nad czujnikami optycznymi, ponieważ widzą przez mgłę. Na bliskim końcu zasięgu wykrywania znajdują się czujniki dotykowe, takie jak wąsy, panele uderzeniowe i skóra wrażliwa na dotyk. Czujniki te mierzą zasięg w oparciu o kontakt fizyczny i mogą być stosowane tylko do wykrywania obiektów znajdujących się bardzo blisko robota. Drugą ważną klasą są czujniki lokalizacji. Większość czujników lokalizacji wykorzystuje wykrywanie zasięgu jako główny element określania lokalizacji. Na zewnątrz, Global Positioning System (GPS) jest najczęstszym rozwiązaniem problemu lokalizacji. GPS mierzy odległość do satelitów, które emitują sygnały impulsowe. Obecnie na orbicie znajduje się 31 operacyjnych satelitów GPS oraz 24 satelity GLONASS, rosyjski odpowiednik. Odbiorniki GPS mogą odzyskać odległość do satelity, analizując przesunięcia fazowe. Poprzez triangulację sygnałów z wielu satelitów odbiorniki GPS mogą określić swoje bezwzględne położenie na Ziemi z dokładnością do kilku metrów. Różnicowy GPS obejmuje drugi odbiornik naziemny o znanej lokalizacji, zapewniający milimetrową dokładność w idealnych warunkach. Niestety GPS nie działa w pomieszczeniach ani pod wodą. W pomieszczeniach lokalizacja jest często osiągana przez umieszczenie beaconów w środowisku w znanych lokalizacjach. Wiele środowisk wewnętrznych jest pełnych bezprzewodowych stacji bazowych, które mogą pomóc robotom w lokalizacji dzięki analizie sygnału bezprzewodowego. Aktywne sonary pod wodą mogą zapewnić wyczucie lokalizacji, wykorzystując dźwięk do informowania AUV o ich względnej odległości od tych radiolatarni. Trzecią ważną klasą są czujniki proprioceptywne, które informują robota o jego własnym ruchu. Aby zmierzyć dokładną konfigurację złącza robota, silniki są często wyposażone w dekodery wału, które dokładnie mierzą ruch kątowy wału. Na ramionach robota dekodery wału pomagają śledzić pozycję stawów. W robotach mobilnych dekodery szybowe raportują obroty kół dla odometrii — pomiaru przebytej odległości. Niestety koła mają tendencję do dryfowania i ślizgania się, więc odometria jest dokładna tylko na krótkich dystansach. Siły zewnętrzne, takie jak wiatr i prądy oceaniczne, zwiększają niepewność położenia. Czujniki bezwładnościowe, takie jak żyroskopy, zmniejszają niepewność, opierając się na odporności masy na zmianę prędkości. Inne ważne aspekty stanu robota są mierzone za pomocą czujników siły i momentu obrotowego. Są one niezbędne, gdy roboty mają do czynienia z delikatnymi przedmiotami lub przedmiotami, których dokładny rozmiar i kształt są nieznane. Wyobraź sobie jednotonowy manipulator wkręcający żarówkę. Zbyt łatwo byłoby zastosować zbyt dużą siłę i złamać żarówkę. Czujniki siły pozwalają robotowi wyczuć, jak mocno trzyma żarówkę, a czujniki momentu obrotowego pozwalają wyczuć, jak mocno się obraca. Wysokiej jakości czujniki mogą mierzyć siły we wszystkich trzech kierunkach translacyjnych i trzech obrotowych. Robią to z częstotliwością kilkuset razy na sekundę, aby robot mógł szybko wykryć nieoczekiwane siły i skorygować swoje działania, zanim zepsuje żarówkę. Jednak wyposażenie robota w wysokiej klasy czujniki i moc obliczeniową do ich monitorowania może być wyzwaniem.