Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace © Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2011/2012 Ta. 2

Taktilní senzory pro automatizaci Čidla se změnou přechodu a odrazu světla U těchto čidel se využívá změna energie odrážené od reflexní vrstvy do snímacího vlákna s detektorem. Síla působí na část s reflexní vrstvou a mechanické vlastnosti senzoru jsou dány mechanickými vlastnost- mi deformovaného materiálu, např. pružinové oceli. Obdobně lze uspořádat reflexní čidlo - zdrojová i sní- mací vlákna jsou umístěna paralelně pod průsvitným elastomerem, který umí měnit své optické vlastnost. Taktilní snímače /2012 TMaR

Čidla s optickými vlákny se vzájemnou optickou vazbou Na obou jeho vláknech v místě dotyku je odstraněn plášť - tím jsou odhalena jádra, která přicházejí do vzájemného kontaktu. Při vhodně navržených parametrech (délka styčné plochy vláken, úhel jejich křížení) ovlivňovaných pů- sobící silou, ovlivňuje se těsnosti vzájemné vazby, pak přechází úměrná část energie z prvního vlákna do druhého. Ke zdroji světla je připojeno první optic- ké vlákno a k detektoru druhé. Taktilní snímače /2012 TMaR

Uspořádání optického taktilního čidla se změnou vazby (čidlo s deformačním členem) Taktilní snímače /2012 TMaR s íla, teplota, …. deformační člen od zdroje světla k detektoru světla

Čidla se změnou útlumu Obsahují průsvitný člen vřazený do optického vlákna, který vlivem vnějšího prostředí mění své optické vlastnosti. Optické vlákno zde samo ovlivňováno není a je určeno jen k vedení světelné energie. Nejčastěji se používají k měření teploty, kdy optické vlastnosti průsvitného členu jsou závislé na teplotě. Taktilní snímače /2012 TMaR

Uspořádání optického taktilního čidla se změnou útlumu (čidlo s deformačním členem) Taktilní snímače /2012 TMaR od zdroje světla síla deformační člen k detektoru světla

U zdravotně postižených lidí lze taktilní údaje využívat jako dodatečný zdroj informace. Například existuje vibrační opasek pro zrakově pos- tižené nebo při pohybu v těžkém a nepřehledném terénu (prales, poušť,….) - je popsaný na webu Opasek je spojen s modulem GPS, na němž si uživatel nastaví polohu místa, kam směřuje. Směr, kterým se má ubírat, je určen vibracemi příslušného motoru z vibračních motorů umístěných na opasku. Taktilní snímače /2012 TMaR

Je známo i mnoho dalších možností, např. speciální oblek pro piloty vojenských letadel informující pilota o různých stavech prostřednictvím vibrací 93 Aerodynamická měření různých objektů, např. letadel nebo postoje lyžařů či cyklistů, kdy proudící vzduch vytváří tlak na povrch objektů, jenž je snímán právě taktilními snímači Taktilní snímače /2012 TMaR

Podobně představují příležitost pro aplikování taktil- ních čidel a snímačů jsou v kombinaci se speciál- ními konstrukcemi využívajícími, tzv. inteligentní (smart) textilie. Taktilní snímače /2012 TMaR

V průmyslu se s taktilní informací pracuje nejdéle a nejčastěji v robotice. Proto se další informace o aplikacích dotýkají oblasti robotiky - tímto směrem se v současnosti upírá největší zájem. Úchopové prvky manipulátorů a robotů jsou jejich základní a nejdůležitějších částí. Zpočátku byly taktilní snímače používány jen k indi- kaci uchopení předmětu úchopnou hlavicí, později k řízení úchopu, měření prokluzu a popř. k přesnému nastavování polohy objektů. Taktilní snímače /2012 TMaR

Některé z taktilních snímačů jsou vhodné jen pro úchopné hlavice robotů, některé lze použít též jako určitou náhradu lidského hmatu. Taktilní snímače /2012 TMaR

Zdaleka však není uspokojivě vyřešen problém při nasazení v oblasti smykových senzorů, a to jak pro roboty, tak především pro náhradu hmatu. U aplikací použitelných přímo pro člověka, je zde navíc ještě problém s připojením k jeho nervovému systému. Taktilní snímače /2012 TMaR

Podrobněji o využití taktilních zařízení v robotice. V blízké budoucnosti se očekává výrazné rozšíření servisních robotů, které mají poskytovat všestrannou pomoc a podporu lidem v nejrůznějších oblastech, např. v nebezpečných prostorech (chemicky či radioaktivně zamořených nebo jinak životu nebez- pečných prostředích), v krizových a různých havarij- ních situacích, při péči o nemocné a handicapované osoby, při rehabilitacích, dokonce i jako pomocníci v domácnosti. Aplikační oblast skutečně obrovská a široká. Taktilní snímače /2012 TMaR

Aby se roboty mohly pohybovat v přirozeném prostředí vytvořeném pro člověka, musí být vybaveny dostatečně výkonným řídicím sys- témem s využitím umělé inteligence, učících se systémů, fuzzy a selské logiky (systémy vágního řízení vágně definovaných systémů), energeticky úspornými výkonovými prvky a systémy + výkonnými a přesnými čidly a snímači. Taktilní snímače /2012 TMaR

V mnoha případech je nezbytná univerzální antropo- morfní úchopná hlavice. Hlavice mohou být tříprsté až pětiprsté, vybavené různými typy senzorů. Tříprstá antropomorfní úchopná hlavice (ruka) se senzory typu DLR vhodná k použití v průmyslu je popsána Taktilní snímače /2012 TMaR

Dále je na uveden popis čtyřprsté antropomorfní hlavice, jejíž poslední články jsou osazeny taktilními senzory DLR a každý kloub je opatřen senzorem momentu. Do ruky jsou spolu se senzory kompletně integrová- ny pohony a výkonová a komunikační elektronika. Ruka je aktivně ohebná a schopna činnosti v nezná- mém prostředí, včetně navazování kontaktu s lidmi. Při zkouškách se v praxi osvědčila robustní, stabilní a rychlá inteligentní úchopná hlavice, která dokáže mnoho – třeba přenést šálek kávy. Taktilní snímače /2012 TMaR

Taktilní snímače /2012 TMaR Antropomorfní čtyřprstá hlavice se senzory DLR v akci s míčkem

Vrchol využití umělé inteligence v robotice představuje měkký interaktivní lidský robot RI-MAN, vyvinutý v Rikenu, Bio-Mime- tic Control Research Centru v Japonsku Robot má schopnost uvědomit si lidskou péči a plnit sociální úkoly a může se stát neocenitelným partnerským robotem. Komunikuje lidským hlasem, je opatřen čichovým orgánem a dvěma kamerami snímá okolní scénu, v níž se dokáže orien- tovat v reálném čase, reaguje na povely, jejichž význam si uvědomuje a analyzuje a podle nichž přizpůsobuje svou činnost. Povrch robota je měkký, příjemný na dotyk. Robot je vybaven taktilními senzory pro biologickou zpětnou vazbu. Je určen pro práci v nemocnicích, sociálních zaříze- ních, při manipulaci s pacienty a při ošetřování a obsluze. Taktilní snímače /2012 TMaR

Taktilní údaje jako dodatečný zdroj informace – vyu- žití je např. u zdravotně postižených lidí --- existuje vibrační opasek pro zrakově postižené, Opasek je spojen s modulem GPS, na němž si uži- vatel nastaví polohu místa, kam směřuje. Směr, kterým se má ubírat, je určen vibracemi pří- slušného motoru z malinkých vibračních motorků umístěných v opasku. Taktilní snímače /2012 TMaR

Další z možností, jak využít taktilní informaci, je např. speciální oblek pro piloty vojenských letadel s obdobnou informací pro pilota pro-střednictvím vibrací 93 Dalšími jsou aerodynamická měření různých objektů - letadel nebo postoje lyžařů či cyklistů, kdy proudící vzduch vytváří tlak na povrch objektů, jenž je sní- mán taktilními snímači Taktilní snímače /2012 TMaR

Na základě informací z úrovně současného výzku- mu – a zejména aplikovaného vývoje – je zřejmé, že tato oblast má před sebou daleko větší část než za sebou – zejména v průniku s oblastí nanotech- nologiemi, kde nachází uplatnění jak při jejich vývoji a výrobě ale i při aplikaci nanotechnologií do svých vlastních vývojových záměrů ….. Taktilní snímače /2012 TMaR Informace o taktilních snímačích vznikly na základě infromací v článku v časopise AUTOMA č. 8, rok 2008 Autor doc. Ing. Jaromír Volf, DrSc., FS ČVUT v Praze

A nakonec trochu odkazů do literatury: Taktilní snímače /2012 TMaR TURÁN, J. – PETRÍK, S.: Optické vláknové senzory. ALFA, Bratislava, 1990, ISBN MST News: International newsletter on micronano integration, No. 2/05. VOLF, J. – VLČEK, J.: New Piezoelectric Tactile Sensors. In: XV. IMEKO World Kongres,. Osaka, 1999, pp. 35–40. LIU, H. – MEUSEL, P. – HIRZINGER, G.: A Tactile sensing for the DLR Three-Finger Robot Hand. In: ISMCR 2004, Houston, JOCKUSH, J. – WALTER, J. – RITTER, H.: Tactile Sensor System for a Three-Fingered Robot Manipulator. Department of Computer Science, University of Bielefeld, VOLF, J. et al.: Transducer for Pressure Distribution Measurement and its Practical Tests. In.: The 5th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics SCI 2001, Orlando, 2001, p. 575, ISBN

2011/2012 TMaR ……… Taktilní snímače 2 Ta. 2