|
و الحساس هو بشكل عام جهاز يستخدم لتحويل شكل معلومة تصله إلى خرج قابل للاستخدام بشكل إشارة مناسبة لمعالجات لاحقة و بثها إلى مسافات بعيدة .
و الدخل عادةً يكون عبارة عن كمية فيزيائية لا كهر بائية قابل للتحكم مثل (إزاحة – حرارة – ضغط – سرعة ....) .
==== تصنيف المستشعرات ====
تصنف الحساسات إلى :
# - حساسات القوة :
* حساسات قوة التلامس .
* حساسات القوة لفحص القوى و العزوم المؤثرة على الذراع ووصلات التأثير.
* حساسات القوة لفحص القوى و العزوم المؤثرة على الأجسام المطلوب مناولتها .
# - حساسات مجال التلامس :
* مفتاح تحديد نهاية الشوط الكهربائي .
* مفتاح تحديد نهاية الشوط الهوائي .
• حساسات قوة الإمساك .
# - حساسات لا تلامسية :
* حساسات التقارب الكهرضوئي :
** الحاجز الضوئي مرسل \ مستقبل .
** حساسات الحاجز الضوئي .
** حاجز الضوء المنعكس .
* الحساسات التحريضية .
* الحساسات السعوية .
* حساسات تقاربية عاملة بالهواء المضغوط :
** الحاجز الهوائي .
** فوهة الارتداد .
** فوهة الضغط الخلفي .
# حساسات الوضعية :
* حساسات قياس السرعة و الزاوية .
* حساسات قياس تغيرات الطول .
# حساسات بصرية :
* الخلايا الكهروضوئية .
* حقول الديودات الضوئية .
* خطوط الدايود الضوئي و الكاميرا الخطية .
* الكاميرا التلفزيونية .
# الحساسات التلامسية :
* مفتاح تحديد نهاية شوط التلامس :
طريقة العمل : عند ضغط الكباسة فإن العنصر الوصل سيصل بين الملمسين و تنغلق الدارة الكهربائية . و توجد تشكيلة واسعة لمختلف أنواع التأثير فيها . مثلاً مفاتيح يمكن تشغيلها يدوياُ أو بإشارة يمكن أن تنبعث من جزء في آلة .
* مفتاح تحديد نهاية الشوط الهوائي :
طريقة العمل : يضغط النابض على كرية مقابل كرسي الصمام و بالتالي يمنع مرور تيار الهواء المضغوط عبر الممر(1) P لتقوية الخط (2)A . و عند تحريض كباسة الصمام فإن الكرية تنطلق مبتعدة عن كرسي الصمام محدثة وصلة بين (1) P و (2 ) A و تنطلق إشارة هوائية من المدخل (2)A .
# الحساسات التقاربية أو البادئات :
تنتمي المبدآت إلى مجموعة الحساسات اللاتلامسية . و تستخدم في توضيع اللاقط مباشرة في المنطقة التي يوجد فيها الجسم المطلوب مناولته(1-25 سم ) . و هي تساعد عمليات البحث ، فحص المشغولات و مراقبة و إظهار المشغولات . إن التقنيات الأكثر أهمية و التي يعتمد عليها هي المبادئ المستعرضة في بحث الحساسات .
* الأشعة تحت الحمراء
* الأمواج فوق الصوتية .
* الليزرات .
و بهذه الأساليب يتحسس الأجسام بواسطة قياس الإشارات المرسلة . من الفرق بين زمن إرسال الإشارة و زمن استقبال الصدى ، يمكن أن يحدد المسافة التي يبعد فيها الجسم يمكن أن تتحسسها من عدة جوانب .
# الحساسات التقاربية العاملة بالهواء المضغوط :
إن الحساسات التقاربية الهوائية تعتمد في عملها على مبدأ إطلاق الهواء المضغوط عبر نفاثة هواء على الجسم المراد تحسسه ، مما يؤدي إلى توليد الإشارة .
# حساس التقارب الكهرضوئي :
إن العناصر الكهرضوئية هي أنصاف نوا قل تبدي رد فعل بشكل تحسس للإشارات أو أنها تصدر الضوء . و الضوء إما أن يكون من المجال المرئي أو من المجال الغير مرئي من الأشعة تحت الحمراء. هذه الخواص للعناصر الكهرضوئية قادت إلى تطوير أشكال عديدة جداً من الحساسات.
يوجد في حساس التقارب الضوئي عنصر مرسل و عنصر مستقبل . إن مبدأ الحاجز الضوئي العامل على الأشعة تحت الحمراء هو كما يلي:
عند مرور التيار الكهربائي من خلال العنصر المرسل فإنه يبعث الأشعة تحت الحمراء . و العناصر من هذا النوع معروفة بالديودات المرسلة للضوء . (LED) هو العنصر المستقبل ، فهو مفتاح إلكتروني (ترانزستور) و الذي يتأثر بالأشعة تحت الحمراء . إنه يغلق عند تعرضه للأشعة تحت الحمراء و يفتح الدارة عند عدم تعرضه لها . و الترانزستور الذي يتميع بهذه المواصفات يدعى بالترانزستور الضوئي .
يوجد تصاميم عديدة للحاجز الضوئي ، و تختلف حسب الفراغ المكاني للعنصر المرسل و المستقبل :
1) الحاجز الضوئي مرسل \ مستقبل :
في هذا التصميم يكون المرسل و المستقبل في علب منفصلة .
2) حساس الحاجز الضوئي :
و في هذا النوع من الحساسات يكون المرسل و المستقبل مركبين بصورة إفرادية على القاعدة . فإذا لم يوجد جسم بينهما فإن الضوء يسقط من المرسل على المستقبل .
3) حاجز الضوء المنعكس :
في هذا التصميم يكون المرسل و المستقبل في علبة واحدة معاً و على نفس الطرف يتعرض المستقبل إلى الضوء المنبعث من المرسل و ذلك عندما ينعكس هذا الضوء عن سطح جسم ما
# الحساسات التحريضية :
مبدأ عملها يعتمد على مبدأ الاضطراب في قيمة فيزيائية ، وهذا الاضطراب هو عبارة عن حقل كهرومغناطيسي متناوب على سطح فعال في الحساس . و هذا الحقل المتناوب يحقق باستخدام مولد اهتزازات .
عند دخول الأجسام المعدنية الناقلة إلى الحقل الفعال للحساس ، فإن القدرة تتحرك من الحقل الذي يصبح واضحاً من انخفاض ذروة الاهتزاز . فعندما تصبح ذروة الاهتزاز منخفضة بمقدار محدد ، فإن مرحلة إغلاق الدارة تبدأ ، و هذا يؤدي إلى توليد إشارة .
إن الميزة الرئيسية لهذا الحساس عن الأجزاء الميكانيكية للحساسات هي في أن الإشارة تتولد أما من 0 إلى 1 أو بالعكس بسرعة كبيرة (خلال عدة ميكروثانية). و تؤمن الحساسات التحريضية عدد مرات تشغيل كبير. و عدد مرات تشغيل التغيير يزيد عن 20 مليون مرة \ ثانية .
و تتميز الحساسات التحريضية عن الميكانيكية في أنها لا تهترئ وهذا يزيد من عمرها.كما أنها لا تتأثر بالمؤثرات الخارجية كالأوساخ و الاهتزازات.
و تنتج الحساسات التحريضية لتعمل على تيار مستمر حوالي 10-30 V أو على تيار متناوب حوالي 250- 20 V .
و في الشكل التالي يتوضح لنا كيف أن هذا الحساس يتألف من عدة طبقات و هي بالترتيب طبقة المادة الممغنطة ومن ثم طبقة من المطاط و يعلوها جسم ناقل للتيار الكهربائي ، فعند تطبيق قوة على هذا الجسم سيؤدي إلى إنضغاط المادة المطاطية و بالتالي اقتراب هذا الجسم من المادة الممغنطة و بالتالي السيالة التحريضية ستتغير مما يولد إشارة بالرمز 1 ، أما في حال كون الجسم من مجال تأثير الحقل المغناطيسي (أو أن السيالة المغناطيسية لم تتغير ) فالحساس يعطي إشارة بالرمز 0 .
4- الحساسات السعوية :
هي حساسات تتعلق بقياس السعة فهي في مبدأ عملها مشابهة جداً للحساس التحريضي.و هي تبدي رد فعل مختلف تمامً عند اختلاف المواد .لهذا فإن التشغيل الخاطئ قد يحدث بسهولة عند حدوث تغير في الظروف المحيطة بالحساس ، مثلاً وجود رطوبة أو تلوث .
و لضمان تشغيل خال من المشاكل فإن التعليمات للمنتجين يجب أن تدرس بحرص و خاصة أن القيمة التي تؤثر على المجال الكهربائي هي ثابت العازلية للمواد الداخلة إلى المجال . و كلما صغر ثابت العازلية ، فإن المادة الأكثر كثافة يجب أن تخل إلى السطح الفعال للحساس لكي يمكن أن يتحسس بها الحساس.
المواد ذات العازلية الكبيرة هي مثل الماء و الاسمنت . أما المواد ذات ثابت العازلية القليل نسبياً مثل المطاط و الورق .ففي الشكل التالي نلاحظ أن السعة تتغير بتغير الحمل المطبق . فالسعة للمكثف ذو الصفائح المتوازية تتناسب مع مقدار مساحة صفيحة العازل المطابقة للبوس المكثف و تتناسب عكساً مع تناقص المساحة المطابقة.
و هذه بعض الأمثلة التطبيقية على الحساسات التحريضية و السعوية :
حساسات القوة :
و تقسم إلى ثلاث مجموعات :
1- حساسات قوة الإمساك .
2- حساسات القوة لفحص القوى و العزوم المؤثرة على الذراع ووصلات التأثير .
3- حساسات القوة لفحص القوى و العزوم المؤثرة على الأجسام المطلوب مناولتها و أجهزة تناولها .
حساسات التوضع و السرعة و التسارع :
للتحكم في فترات الروبوتات الصناعية على طول المحاور المختلفة ، تلزم الحساسات التي تقيس زاوية الوصلة و سرعتها و تسارعها .
هذه القيم المقاسة تحدد باستخدام المقاومات المتغيرة ، مقاييس الدوران و محولات الإزاحة المتزايدة و التي تربط مع المؤازرات على وصلات الروبوت الصناعي . و طالما ن المقاومات المتغيرة و مقاييس عدد الدورات تعطي هذه الإشارات يجب أن تحول إلى الشكل العددي بواسطة محولاتA/D قبل أن تعالج بواسطة قسم المعالجة.
و إذا لم يكن هناك قياس مباشر للسرعة أو الإزاحة فإن المعطيات يمكن أن نحصل عليها بأسلوب آخر و هو فرق الزمن بين إشارات قياس الإزاحات .
و على أية حال هذه المعطيات تلزم لحسابات الإزاحة الثلاثية الأبعاد الدقيقة .
أ- حساسات قياس تغيرات الطول :
عند قياس الإزاحة يتم الربط بين عملتي قياس الإحداثيات المطلقة و النسبية .
- عملية قياس الإزاحة النسبية : إن المسافة بين مكانين يمكن قياسها بواسطة خريطة و زوج من البوصلات عن طريق قياس مسافة محددة بواسطة البوصلتين وفقاً لمقاييس الخريطة (مثلاً 1 كم) و تحديد كيف عادة مطابقة هذا الجزء على الواقع من المكان A إلى المكان B .
- محول الإزاحة للمسافات الطويلة : في الشكل التالي يتوضح لدينا مبدأ عمل مولد الإزاحات المطلقة-الرقمي . أن التدريج الخطي (المشفر-الكرمز) مشابه لمسطرة شفافة و معتمة .في المثال هنا كل عمود شاقولي مصنوع من أربع حساسات ذات الحاجز الضوئي .
- فإذا رمزنا إلى الحقل المضيء بإشارة منطقية من المستوى 1 و الحقل المظلم ب0 ، فإن الرمز في مثالنا يعطي إشارة خرج 0111 .
يوضح الشكل التالي مولد إزاحة نسبية رقمي . فإذا ربطنا هذه الشقوق للمرمز على طرف الجزء المنزلق للآلة ، ليست كل وضعيات الآلة يمكن أن تعطى و بدقة من خلال قيمة واحدة مرمزة . إن نبضات الضوء الناتجة عندما يتحرك المرمز يمكن عدها . و بالنتيجة يمكن إيجاد التغير في الإزاحة من نقطة بداية محددة .
الحساسات البصرية:
و هي إحدى المجالات الهامة في أبحاث الروبوت . و أجهزة الرؤية الكومبيوترية تعتبر تقنية هامة في المصانع الأوتوماتيكية الحديثة . و تعتبر كاميرات الفيديو أهم أجهزة الرؤيا للروبوت مع وجود كمبيوتر مبرمج لتحليل معلومات الصورة . تثبت الكاميرا فوق الروبوت و عليه مجال الرؤيا لها و الذي هو فراغ عمل الروبوت . تمكنه هذه الكاميرات من تحديد هوية المشغولات و أجزاء التجميع .
== اللواقط و القبضات الروبوتية ==
| 