سنسور فشار عموماً فشار گاز یا مایع را اندازه می‌گیرد كه فشار به اصطلاح نیروی لازم برای جلوگیری از پخش شدن مایع است و معمولاً به صورت نیرو بر سطح تعریف می‌شود.

انواع سنسورهای فشار:

• فشارسنج لولهU شکل
• فشارسنج مکلئود
• فشارسنج جیوه‌ای
• فشارسنج ترموکوپل
• فشارسنج صوتی
• فشارسنج خازنی
• فشارسنج گاز ایده‌ال
• فشارسنج لولهU شکل

فشارسنج لولهU شکل

ساده ترین و معروف ترین آن ها فشار سنج لولهU شکل است که در آن مقداری جیوه در لولهU شکل ریخته شده و میزان اختلاف فشار محیط هوا که برابرp0 است و ماده داخل فشارسنج که بر مایع جیوه فشار وارد می‌کند از طریق اختلاف ارتفاع ستون مایع جیوه اندازه گیری می‌شود.

فشارسنج جیوه‌ای(Mercury Barometer)

این فشار سنج اساساً از یک لوله خالی از هوا درست شده است که یک طرف آن مسدود و طرف دیگر آن که باز است در ظرف پر از جیوه فرو برده شده است. فشار هوای بیرون، جیوه را از منبع به سمت داخل لوله می‌راند. جیوه تا حدی که وزن آن در داخل لوله، دقیقاً معادل نیروی ناشی از فشار هوا گردد در لوله فشار سنج بالا می‌رود وسپس در حالت تبادل و سکون باقی می‌ماند. با تغییر فشار هوا، سطح جیوه در داخل لوله نیز بالا و پایین خواهد رفت. در شرایط نرمال جیوه به اندازه 92/29 اینچ یا 760میلیمتر در لوله بالا می‌آید که فشاری معادل 15/1013 میلی بار است. جیوه در داخل لوله فشارسنج به دلیل خاصیت کشش سطحی دارای یک سطح محدب است که هنگام تعیین فشار، باید بالاترین سطح محدب قرائت شود.

فشارسنج فلزی(Aneroid)

فشارسنج فلزی وسیله‌ای است مکانیکی که از یک محفظه قوطی شکل استوانه‌ای بدون هوا تشکیل شده است؛ با تغییر فشار هوا این محفظه منقبظ یا منبسط می‌شود. با یک سیستم نسبتاً پیچیده که مرکب از تعدادی اهرم و قرقره است این تغییرات بزرگ شده و به یک عقربه که بر روی صفحه مدرجی حرکت می‌کند، منتقل می‌شود. یک شاخص متحرک که می‌تواند در یک نقطه ثابت شود بر روی فشار سنج تعبیه شده است تا بتوان تغییرات فشار را نسبت به آخرین قرائت اندازه گیری کرد.

فشار نگار(Barograph)

فشار نگار مشابه فشارسنج فلزی است با این تفاوت که اثر تغییرات فشار درمحفظه بدون هوا، به یک قلم انتقال داده شده و قلم بر روی کاغذی که دور یک استوانه چرخان پیچیده شده است خط پیوسته‌ای را رسم می‌کند. محور عمودی این صفحه بر حسب واحدفشار و محور افقی آن بر حسب زمان مدرج شده است که معمولاً برای هر دو ساعت یک خطوجود دارد. فشار نگارهای دقیقی هم ساخته شده است که قادرند تغییرات فشار را تا یک دهم میلی بار اندازه گیری نمایند، این دستگاه ها میکرو باروگراف نامیده شده‌اند.

سنسورها در ربات

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی،مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را درپاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم‌ گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.

سنسورهارا می‌توان از دیدگاه‌های مختلف به دسته‌های متفاوتی تقسیم کرد که در ذیل می‌آید:

• سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطرافربات، دریافت می‌نمایند
• سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، ازجمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت می‌نمایند.
• سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت می‌شود.
• سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار می‌کنند، به‌ ‌همین دلیل ارزان‌تر، ساده‌تر و دارای کارایی کمتر هستند.

سنسورها از لحاظ فاصله‌ای که با هدف مورد نظر باید داشته باشند عبارتند از:

• سنسور تماسی: این نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصا در عوامل نهایی یافت می‌شوند و به دو بخش قابل تفکیک‌اند.

1. سنسورهای تشخیص تماس
2. سنسورهای نیرو-فشار

• سنسورهای مجاورتی: این گروه مشابه سنسورهای تماسی هستند، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتما با شی در تماس باشد. عموما این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین دشوارترند ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار می‌دهند.

دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:

1. حس کردن استاتیک: در این روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هایی که صورت می‌گیرد بدون مراجعه لحظه‌ای به سنسورها صورت می‌گیرد.به عنوان مثال در این روش ابتدا موقعیت شی تشخیص داده می‌شود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت می‌گیرد.
2. حس کردن حلقه بسته: در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می‌شوند. اغلب سنسورها در سیستم‌های بینا این‌گونه‌اند.

کاربرد انواع سنسورها:

• سنسورهای بدنه(Body Sensors): این سنسورها اطلاعاتی رادرباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار دارد فراهم می‌کنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیت‌هایی که در سوییچ‌ها حاصل می‌شود، به دست می‌آیند. با دریافت وپردازش اطلاعات بدست آمده ربات می‌تواند از شیب حرکت خود و این‌که به کدام سمت درحال حرکت است آگاه شود. در نهایت هم عکس‌العملی متناسب با ورودی دریافت شده از خودبروز می‌دهد.

• سنسور جهت‌یاب مغناطیسی(Direction Magnetic Field Sensor): با بهره‌گیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطب‌نمایالکترونیکی هم ساخته شده است که می‌تواند اطلاعاتی را درباره جهت‌های مغناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک می‌کند تا بتواند از جهت حرکت خود آگاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمصم‌گیری کند. این سنسورها دارای چهار خروجی می‌باشند که هرکدام مبین یکی از جهت‌ها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیزمی‌توان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکان‌پذیر ساخت.

• سنسورهای فشار و تماس(Touch and Pressure Sensors): شبیه‌ سازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظرمی‌رسد. اما سنسورهای ساده‌ای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرارمی‌گیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیل‌ها دردست‌اندازها استفاده می‌شود. این سنسورها در دست‌ها و بازوهای ربات‌ هم به منظورهای مختلفی استفاده می‌شوند. مثلا برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شی. همچنین این سنسورها به ربات‌ها برای اعمال نیروی کافی برای بلندکردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک می‌کند.

• با توجه به این توضیحات می‌توان عملکرد آن‌ها را به چهار دسته زیر تقسیم کرد:

1- رسیدن به هدف

2- جلوگیری از برخورد

3- تشخیص یک شی

• سنسورهای گرمایی(Heat Sensors): یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمینستورها هستند. این سنسورها المان‌های مقاومتی پسیوی هستند که مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر می‌کند. بسته به اینکه در اثرگرما مقاومتشان افزایش یا کاهش می‌یابد، برای آن‌ها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یامنفی را تعریف می‌کنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپل‌ها هستند که آن‌هانیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید می‌کنند. در استفاده از این سنسورها معمولا یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطه‌ایکه باید دمایش اندازه‌گیری شود، قرار می‌دهند.

• سنسورهای بویایی(Smell Sensors): تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه حس بویایی انسان عمل کند، وجودنداشت. آنچه که موجود بود یک‌سری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیه‌ای مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذیه می‌شود، درکنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت لازم برای پاسخ‌گویی سنسوربه محرک‌های محیطی فراهم می‌شود. برای کالیبره کردن این دستگاه ابتدا مقدار ناچیزی از هر بو یا عطر دلخواه را به سیستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت می‌کنند و پس ازآن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در استفاده‌های بعدی به کار می‌‌برند. اصولا در ساختمان این سیستم چند سنسور، به طور همزمان عمل می‌کنند و سپس پاسخ‌های دریافتی از آن‌ها به شبکه‌ عصبی ربات منتقل شده و تحلیل و پردازش لازم روی آن صورت می‌گیرد. نکته مهم درباره کار این سنسورها در این است که آن‌ها نمی‌توانند یک بو یاعطر را به طور مطلق انداره‌ بگیرند. بلکه با اندازه‌گیری اختلاف بین آن‌ها به تشخیص بو می‌پردازند.

نمونه ای از کار برد:

آلمانی ها توانسته اند با ساخت سنسور بویایی ویژه ای بیماری های قلبی را تا 90% کشف کنند. چنین اعلام شده که این حسگر می تواند انواعی از نارسایی قلبی را بر اساس بوها تشخیص دهد.

سنسورهای موقعیت مفاصل : رایج‌ترین نوع این سنسورهاکدگشاها(Encoders) هستند که هم از قدرت بالای تبادل اطلاعات با کامپیوتربرخوردارند و هم اینکه ساده، دقیق، مورد اعتماد و نویز ناپذیرند. این دسته انکدرهارا به دو دسته می‌توان تقسیم کرد:

1.انکدرهای مطلق: در این کدگشا ها موقعیت به کد باینری یا کد خاکستریBCD Binary Codded Decibleتبدیل می‌شود. این انکدرها بهعلت سنگینی و گران‌قیمت بودن و اینکه سیگنال‌های زیادی را برای ارسال اطلاعات نیازدارند، کاربرد وسیعی ندارند. همان طور که می‌دانیم به‌کار گیری تعداد زیادی سیگنال درصد خطای کار را افزایش می‌دهد و این اصلا مطلوب نیست. پس از این انکدرها فقط درمواردی که مطلق بودن مکان‌ها برای ما خیلی مهم است و مشکلی هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده می‌شود.

2.انکدرهای افزاینده: این کدگشاها دارای قطار پالس و یک پالس مرجع که برای کالیبره کردن بکار می‌رود هستند، از روی شمارش قطارهای پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعیت مورد نظر دست می‌یابند. ازروی فرکانس (عرض پالس‌ها) می‌توان به سرعت چرخش و از روی محاسبه تغییرات فرکانس درواحد زمان (تغییرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوارنی پی برد. حتی می‌توان جهت چرخش رانیز فهمید. فرض کنید سیگنال‌هایA وB وC سه سیگنالی باشند که از کدگشا به کنترل‌کننده ارسال می‌شود. B سیگنالی است که با یک چهارم پریود تاخیر نسبت بهA. ازروی اختلاف فاز بین این دو می‌توان به جهت چرخش پی برد.

حسگرهای مافوق صوت (Ultrasonic)

یكی از مسائل مطرح در رباتیك ایجاددرك نسبت به محیط خارجی برای جلوگیری از برخورد نامطلوب به اشیاء موجود در محیطحركت است. از سوی دیگر ممكن است نیاز داشته باشیم كه ربات بتواند دركی ازفاصله ها بدون تماس فیزیكی داشته باشد. برای این منظور از سنسورهای مافوق صوت یاUltrasonic استفاده می كنند.فركانس های این محدوده را می توان بین 40 كیلو هرتز تاچندین مگا هرتز در نظر گرفت.امواجی با این فركانس ها كاربردهایی چون سنجش میزان فاصله، سنجش میزان عمق یك مخزن و ….را دارند. جهت استفاده از این امواج یكسری سنسورهای مخصوص طراحی شده كه می توان این سنسورها را به دو دسته صنعتی و غیرصنعتی تقسیم بندی كرد. سنسورهای غیر صنعتی در فركانس  هایی در حدود 40 كیلو هرتز كارمی كنند و در بازار با قیمت های پایین در دسترس هستند. در این سنسورها دقت كار بالانبوده و فقط در حد تشخیص یك فاصله یا عمق یك مایع می توان از آنها استفاده كرد. اما بلعکس در سنسورهای صنعتی كه در فركانس های در حد مگا هرتز كار می كنند و به دلیل همین فركانس بالا ما دقت زیادی را خواهیم داشت. مكانیزم كلی كار این سنسورها، فرستادن یك بیم و دریافت انعكاس آن و متعاقبا محاسبه زمان رفت و برگشت است. بدین ترتیب می توان فواصل را نیز براحتی با در نظر گرفتن سرعت صوت در دما و فشار محیط، محاسبه كرد به همین دلیل این سنسور به صورت دو pack مجزای گیرنده و فرستنده موجود می باشد.