A medida que avanzan las tecnologías robóticas, también lo hacen las tecnologías de sensores complementarios. Al igual que nuestros cinco sentidos, la combinación de diferentes tecnologías de detección ofrece los mejores resultados al implementar sistemas robóticos en entornos cambiantes y no controlados.
Algunas de las tecnologías de sensores más populares que se utilizan en los robots incluyen sensores de fuerza y torsión, sensores táctiles, telémetros de infrarrojos (IR) 1D/2D, sensores de medición de distancia y detección de luz de tiempo de vuelo (LIDAR) 3D, unidades de medición inercial (IMU). ), cámaras, GPS y otros.
Entre ellos se encuentra una tecnología relativamente nueva en la detección robótica, a saber, el sensor de radar de ondas milimétricas (mmWave), una clase especial de tecnología de radar que utiliza longitudes de onda cortas en el espectro electromagnético.
Los radares mmWave transmiten señales de ondas electromagnéticas con una longitud de onda que está en el rango milimétrico. Los objetos en su camino reflejan la señal que capturará el sistema de radar para determinar el alcance, la velocidad y el ángulo de los objetos.
Un sistema mmWave que opera a 76–81 GHz (con una longitud de onda correspondiente de aproximadamente 4 mm) puede detectar movimientos que son tan pequeños como una fracción de milímetro.
Otra ventaja importante de los sensores mmWave sobre los sensores de visión y basados en LIDAR es su inmunidad a condiciones ambientales como lluvia, polvo, humo, niebla o escarcha. Son livianos y tres veces más pequeños y pesan la mitad que los telémetros LIDAR en miniatura. Además, los sensores mmWave permiten la medición precisa de la distancia de los objetos en su campo de visión y las velocidades relativas de cualquier obstáculo.
Los sensores mmWave también pueden funcionar en completa oscuridad o bajo el resplandor de la luz solar directa. El tamaño de sus componentes, como las antenas necesarias para procesar señales mmWave, es pequeño. Otra ventaja de las longitudes de onda cortas es su alta precisión.
Curiosamente, las ondas milimétricas alguna vez se consideraron no aptas para el uso práctico en el radar debido a la ausencia de medios adecuados de generación, recepción, canalización y transmisión de ondas electromagnéticas en el rango milimétrico. Inicialmente, los sensores eran costosos y grandes y requerían múltiples componentes discretos. Además, las leyes de propagación de ondas milimétricas en la atmósfera no homogénea no fueron suficientemente estudiadas.
Hoy en día, las ondas milimétricas se utilizan cada vez más en radares de automóviles, radares de nubes, radares y radiometría para detección de armas ocultas (CWD), acceso inalámbrico de alta velocidad, redes de área local inalámbricas (WLAN) de ultra alta velocidad y otros medios de comunicación. , incluidos los sistemas de comunicación basados en radar.
Dado que los sensores mmWave utilizan frecuencias de ondas milimétricas, tienen varias ventajas:
- Puede penetrar varios materiales como paneles de yeso, plástico, ropa, etc.
- Los sensores mmWave no son sensibles a diversas condiciones ambientales, como la luz solar directa, las sombras o los reflejos de luz del agua.
- La tecnología mmWave puede detectar paredes de vidrio, particiones y muebles donde las soluciones de detección basadas en la luz podrían fallar.
- La tecnología mmWave es altamente direccional: puede producir un haz compacto con una precisión angular de 1º. Tiene precisión en el rango de mm a 60-64 GHz y 76-81 GHz.
- El tamaño de los componentes, como la antena, necesarios para procesar señales mmWave es pequeño.
- Similar a la luz: se puede enfocar y dirigir utilizando procedimientos ópticos estándar.
- Los sensores mmWave son menos complejos mecánicamente y, por lo tanto, reducen la alineación de fabricación y los procesos de calibración de errores.
- Los sensores mmWave tienen alta integración, costo competitivo, alta resolución, respuesta ultrarrápida y rendimiento confiable.
Veamos ahora algunas de las aplicaciones de los sensores mmWave en robótica.
- Detección de paredes de vidrio: Los edificios modernos tienen un uso extensivo de paredes y tabiques de vidrio. Esto hace que sea necesario que los robots de servicio y los sistemas autónomos de aspiración o fregona detecten estas superficies para evitar colisiones. El vidrio ha resultado difícil de detectar usando la cámara o sensores basados en IR. Pero los sensores mmWave pueden detectar fácilmente la presencia de paredes de vidrio y materiales detrás de ellas.
- Medición de la velocidad de avance: Los sensores mmWave pueden proporcionar información de odometría precisa para robots autónomos que se desplazan sobre grava suelta, tierra o áreas húmedas, donde otros enfoques de medición de velocidad de bajo costo pueden fallar cuando las ruedas patinan sobre las superficies. Un sensor de radar de ondas milimétricas de velocidad terrestre permite compensar los errores de medición de la velocidad para las variables de terreno irregular que pueden resultar en el cabeceo, la guiñada y el balanceo del sensor e introducir un componente de velocidad de rotación.
- Protecciones de seguridad en estaciones de trabajo robóticas: Históricamente, se ha utilizado una cortina de seguridad o una zona de exclusión alrededor de un robot para garantizar la separación física de los robots de los humanos. Hoy en día, los sensores hacen posible que una cortina de seguridad virtual separe las operaciones robóticas de la interacción humana no planificada y evite una colisión de robot a robot. Todos los sistemas de seguridad basados en la visión requieren una iluminación controlada, lo que aumenta el consumo de energía, genera calor y requiere mantenimiento, como la limpieza frecuente de las lentes en entornos de fabricación polvorientos, como textiles o alfombras. Con un amplio campo de visión y un largo rango de detección, los sensores mmWave son robustos para detectar objetos independientemente de la iluminación, la humedad, el humo y el polvo en el piso de la fábrica.
- Mapeo y navegación: Otra aplicación generalizada del sensor de radar mmWave es el mapeo y la navegación. El radar mmWave puede mapear con precisión los obstáculos en una habitación y usar el espacio libre identificado para la operación autónoma.