Capteurs robotiques expliqués : types, fonctions et applications

Les capteurs : la perception du robot

Un capteur est la "vue" du robot sur le monde extérieur. Les robots les utilisent pour comprendre et mesurer les propriétés géométriques et physiques des objets environnants. Les robots autonomes, 특히, nécessitent cette capacité de perception. On distingue deux grandes catégories : les capteurs internes (informations sur le robot lui-même : position, vitesse, accélération) et les capteurs externes (données du monde extérieur : point de contact entre un bras hydraulique et la pièce travaillée).

Capteurs de lumière

Détectent la lumière et créent une différence de tension. Une caméra pilotée par ordinateur dans le système de vision robotique permet au robot de "voir" et d'adapter ses actions. Les deux plus utilisés sont les photorésistances et les cellules photovoltaïques. Les phototubes, phototransistors, CCD sont plus rares.

Photorésistance

Résistance dont la valeur varie selon l'intensité lumineuse : plus de lumière = moins de résistance, moins de lumière = plus de résistance. Facile à intégrer dans la robotique dépendante de la lumière.

Cellule photovoltaïque

Convertit la lumière solaire en électricité. Utile pour les robots solaires. Bien que source d'énergie, elle peut devenir capteur avec transistors et condensateurs.

Vision 2D et 3D

La vision 2D est plate (longueur, largeur). La vision 3D permet au robot de déterminer l'orientation d'une pièce à manipuler plus efficacement, même si la position varie. Un bras robotique peut être guidé précisément lors de l'assemblage, et offrir divers angles de vue pour l'inspection critique.

Capteurs sonores

Fonctionnent comme des microphones connectés à des circuits évaluant l'amplitude sonore par rapport à un seuil. L'amplitude croissante = bruit plus fort. Applications : robot étudiant la faune (détection/تبع de bruits forts), reconnaissance vocale (commandes utilisateur). Un robot simple peut naviguer par sons (ex: 1 claquement = droite, 2 = gauche). La reconnaissance vocale utilise le même microphone sur robots complexes. Plus difficiles à implémenter que les capteurs lumineux (très faible différence de tension nécessitant amplification).

Capteurs de proximité

Détectent un objet proche sans contact physique. L'émetteur envoie un rayonnement électromagnétique, le récepteur analyse le signal de retour interrompu. La quantité de lumière reçue indique la présence d'objets. Fournissent une méthode d'évitement de collision.

Types courants en robotique :

• Transcepteur infrarouge (IR) : Une LED IR émet un faisceau réfléchi par l'obstacle vers un récepteur IR.
• Capteur à ultrasons : Émet des ondes sonores haute fréquence ; l'écho enregistré indique un objet. Permet aussi la mesure de distance.
• Photorésistance : Bien que capteur de lumière, elle peut servir de capteur de proximité. L'approche d'un objet modifie la lumière reçue, changeant la résistance – détectable et exploitable.

Capteurs tactiles

Déterminent si un objet est en contact. Permettent au robot de "toucher et sentir" : rampes d'escalier, éclairage tactile. Utilisés pour surveiller les applications et interagir doucement avec l'environnement. Deux catégories : capteurs de contact et capteurs de force.

Capteurs de contact (Touch Sensors)

Détectent le contact du capteur ou d'un objet. Micro-interrupteurs, fins de course, etc. Majoritairement utilisés pour l'évitement d'obstacles. À la détection, le robot reçoit une commande : reculer, tourner, s'arrêter, etc.

Capteurs de force (Force Sensors)

Calculent les forces impliquées dans les fonctions du robot : chargement/déchargement machine, manutention, etc. Améliorent l'assemblage pour le dépannage. Un capteur de couple de force donne aux bras robotiques le "ressenti" d'une tâche d'assemblage ; les capteurs d'état interne mesurent l'effecteur final.

Capteurs de température

Mesurent les variations de chaleur/température dans l'environnement. Fonctionnent sur le principe de la variation de tension pour un changement de température. Applications : température de l'air, de surface, d'immersion.

Capteurs de navigation et de positionnement

Estiment la position du robot. Le GPS est le plus courant. Les satellites envoient des signaux captés et traités par le récepteur du robot pour calculer position et vitesse approximatives. Trois capteurs de navigation principaux :

GPS

Le plus utilisé. Signaux satellites traités par le récepteur robot pour position et vitesse. Très utile en extérieur, inefficace en intérieur. Actuellement coûteux, mais si les prix baissent, la plupart des robots en seront équipés.

Boussole magnétique numérique

Utilise le champ magnétique terrestre pour des mesures directionnelles, guidant le robot vers sa cible. Moins chère que le GPS, mais doit être couplée à un GPS pour un retour positionnel ET une navigation.

Localisation

Détermination autonome de la position du robot dans un environnement complexe. Utilise des repères (landmarks) : placés intentionnellement ou naturels. Balises artificielles placées autour du robot, dont les signaux sont enregistrés par le capteur pour identifier la position exacte.

Capteurs d'accélération

Mesurent l'accélération et l'inclinaison du robot. Deux types de forces affectent l'accéléromètre :

• Force statique : Force entre deux objets. La détection de la gravité détermine l'inclinaison du robot. Utile pour l'équilibrage ou détecter montée/descente.
• Force dynamique : Vitesse de déplacement d'un objet. La mesure de la force dynamique détermine la vitesse du robot.

Autres capteurs robotiques

Des centaines de capteurs existent pour pratiquement tout détecter. Parmi eux :

• Capteurs d'humidité : Taux d'humidité dans l'air.
• Capteurs de gaz : Détection de gaz spécifiques.
• Potentiomètres : Polyvalents, nombreuses applications.
• Capteurs de champ magnétique : Mesurent l'intensité du champ magnétique environnant.

Conclusion

Un robot d'évitement d'obstacles simple peut utiliser quelques photorésistances ou un capteur IR. Plus le robot est complexe, plus il a de capteurs. Une opération peut nécessiter plusieurs capteurs, ou plusieurs tâches être accomplies par un seul capteur. Parfois, divers capteurs peuvent convenir : choisissez selon disponibilité, coût et facilité d'utilisation. Option alternative : acheter un bras robotique avec capteur intégré par le fabricant, économisant l'achat séparé.