عموما در کاربردهای رباتیکی، کاربران نیازمند سنجش میزان چرخش، قطعات رباتیکی همانند چرخ‌ها، بازوها و شاسی‌ها و … می‌باشند. در این مقاله به اختصار به بررسی سه مورد از رایجترین روش های موجود می پردازیم.

استفاده از سنسورهای Tilt و سنجش زاویه الکترونیکی بر پایه ژیروسکوپ و یا شتاب‌سنج

این سنسورها توانایی تشخیص میزان انحراف دسته از حالت افقی یا Desired Point خاصی را دارند. در این سنسورها از تکنولوژی MEMS استفاده شده است که قادر هستند با دقت نسبتا خوبی میزان چرخش را تشخیص دهند. این سنسورها به صورت absolute عمل می‌کنند. این سنسورها معمولا توانایی اندازه‌گیری زوایا در ۳ محور اصلی را دارا می‌باشند. معمولا بازه‌ی عملکرد این سنسورها 0 تا 180 درجه است و برای مصارف multi turn و چرخشی کاربرد خود را از دست می‌دهند.

مزایا

• از مزایای این سنسورها Absolute بودن آنهاست که بار پردازشی بسیاری از میکرو خواهد کاست.
• نصب و استفاده‌ی آنها در دسته راحت خواهد بود.
• امکان اندازه‌گیری زاویه در ۳ محور اصلی را خواهند داشت.
• طول عمر نامحدود.
• قیمت متوسط.

معایب

نویزپذیری نسبتا بالا.

نیاز به فیلترهای بالاگذر و پایین‌گذر و فیلترهای مکمل برای دستیابی به اطلاعات قابل اتکا.

نیاز به پردازشگر برای دستیابی به اطلاعات.

شتاب سنج

انکودر افزایشی و  انکودر کوادریچر

Incremental Encoders و Quadrature Encoders

این سنسورها با ساختار درونی خاص خود توانایی تشخیص حرکت (گردش) را دارا می‌باشند. نحوه‌ی کار این سنسورها خارج از حوصله‌ی این مبحث می‌باشد اما به صورت خلاصه می‌توان گفت که در داخل این سنسورها نقاطی در نظر گرفته شده‌اند که می‌تواند چرخش را تشخیص دهد. این نقاط معمولا شیارهایی می‌باشند که استفاده از سنسورهای نوری عبور این شیارها از مقابل این سنسورهای نوری شمرده می‌شود و به ازای هر بار عبور شیارها پالسی متناسب با آن تولید خواهد کرد.

نوعی دیگری از سنسورها وجود دارند که به جای شیار، از آهنربا استفاده شده است و با حرکت این آهن ربا و عبور آن از جلوی سنسورهای مغناطیسی می‌توانند متناسب با حرکت پالسی تولید نمایند. برای راه‌اندازی این سنسورها به پردازشگری نیاز داریم تا پالس‌های تولیدشده را پردازش کنند و جهت و میزان حرکت را تشخیص دهند، به همین دلیل این سنسورها به صورت relative عمل می‌کنند و نمی‌توانند موقعیت مطلق خروجی دهند.

مزایا

• دقت بسیار زیاد (برای مثال 0.045 درجه برای یک Encoder  8000 پالس).
• نویزپذیری بسیار کم.
• بدون نیاز به هیچگونه فیلتر.
• طول عمر نامحدود.
• در مدل های Hallow Shaft که قیمت بالاتری دارند، نصب آن بر روی دسته آسان خواهد بود.

معایب

عملکرد Relative آن که برای دقت‌های بالا بار پردازشی بسیار زیادی را به میکرو تحمیل خواهد کرد.

اندازه‌گیری تنها یک محور با هر سنسور.

قیمت بسیار بالا در مقایسه با روش‌های مشابه.

انکودر

استفاده از پتانسیومتر

در این روش که به صورت مکانیکی عمل می‌کند، یک مقاومت متغییر درون سنسور تعبیه شده است که این مقاومت با چرخاندن شافت این سنسور تغییر خواهد کرد. معمولا بازه عملکرد این مقاومت‌ها محدود است و با توجه به نوع این مقاومت‌ها معمولا از ۱ کیلواهم تا ۱۰ کیلو اهم متغیر است. در پردازنده کافی است تا مقدار مقاومت این سنسور را خوانده و موقعیت را با توجه به آن به دست آورد. این سنسورها به صورت Absolute عمل می‌کنند و هیچ‌گونه بار پردازشی بر پروسسور اعمال نخواهند کرد.

مزایا

• دقت بسیار زیاد (0.35 درجه).
• نویزپذیری کم (حساس به ویبره‌های خیلی شدید و آب).
• عملکرد Absolute  که نیاز به هیچگونه پردازشگر خارجی ندارند.
• بدون نیاز به هیچ‌گونه فیلتر (گاهی فقط یک فیلتر پایین گذر ساده برای دقت های بالاتر به‌کار گرفته می‌شود).
• در مدل‌های Hallow Shaft که قیمت بالاتری دارند، نصب آن بر روی دسته آسان خواهد بود.
• وجود مدل‌های Flat  و Hallow Shaft و خطی که فضای کمتری اشغال می‌کنند.

معایب

وجود بازه Dead-Band Zone که در آن مقدار سنسور تغییر نمی‌کند، معمولا این بازه با توجه به شرکت سازنده پتانسیومتر از ۵ درصد تا ۲۰ درصد متغیر است و معمولا این ناحیه در انتهای بازه اندازه‌گیری می‌باشد که به راحتی قابل تشخیص است.

طول عمر محدود (نمونه متوسط صنعتی تا ۱۰ میلیون چرخش).

حساسیت به لرزش‌های شدید و تغییرات دمای بسیار زیاد.

پتانسیومتر