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센서를 선택하기 이전에 고려되어야 할 사항 (센서의 특성)

• 가격
• 크기 : 때로는 센서가 들어가갈 수 있는 공간이 한정되어 있기에, 센서가 들어가기 위해 필요한 크기도 중요한 요소일 수 있음
• 무게 :
• 분해능(resolution) : 센서 측정 번위 내의 최소 크기 단위를 말함
• 감도 (sensitivity) : 센서로의 입력 변화에 대한 응답의 출력 변화의 비율이다. 고감도 센서는 노이즈를 포함해서 입력 변동의 결과로 인해 출력이 보다 큰 변동을 보일 것이다.
• 선형성(linearity) : 입력 변화와 출력 변화 사이의 관계를 나타낸다.
• 범위 (range) : 센서가 생성할 수 있는 최소 출력과 최대 출력간의 차이를 의미하거나 센서로 확실히 운용할 수 있는 최소 입력과 최대 출력의 차이를 나타냄

위치 센서

• 포텐쇼미터 : 저항기를 통해 위치 정보를 가변 전압으로 변환시키는 장치이다.
• 엔코더 : 엔코더는 운동의 미세 부분에 대한 디지털 출력을 할 수 있는 간단한 장치이다. 디지털 출력을 위한 엔코더 휠 또는 막대가 작은 부분으로 구분되어 나누어져 있다. 각 구획은 불투명하거나 투명하다. 한 쪽에서 발광 다이오드와 같은 광원을 다른 쪽에 광선을 주사하고 포토트랜지스터와 같은 광 감지 센서를 통해 감지한다.

속도 센서

• 엔코더
• 타코메타 : 모터나 발전기등의 회전속도를 측정하는 계기를 말하며 단위는 보통 1분당의 회전수를 나타내며 rpm(revolution per minute) 으로 표시한다.

힘과 압력 센서

• 압전 센서 (힘 vs. 전압) : 압전 물질 (piezoelectric material)이 전압에 노출된다면 압축되고, 압전 물질이 압축되면 전압을 발생한다. 이것은 패인 홈에 의해서 발생하는 가변압력으로부터 전압을 발생시키는 데 사용된다. 이와 비슷하게, 압전 센서는 로봇공학에서 힘이나 압력을 측정하는 데 사용된다. 여기서 아날로그 출력전압은 사용되기 전에 충분히 조정되고 또한 증폭되어야 한다.
• 스트레인 게이지 (힘 vs. 저항) : 스트레인 게이지 (strain gauge) 또한 가해진 힘을 알 수 있으며, 게이지 출력은 가해진 힘의 함수인 응력에 비례하여 저항 성분이 증가한다. 즉 저항을 측정하면 가해진 힘을 알 수 있다. 가령 IBM 7565 로봇은 끝에 일련의 스트레인 게이지를 가지고 있으며, 이를 통해 집게에 가해진 힘을 알 수 있다.

토크 센서

토크는 힘 센서에 의해 측정되어 진다. 만약 토크가 가해지면 해당 축을 기준으로 두 개의 반대 힘이 발생될 것이며, 이를 힘 센서에 의해 감지되는 방식으로 토크를 측정한다.

광 및 적외선 센서

빛의 강도에 따라 전기적 저향이 변화함으로써 반응한다.

• 포토트랜지스터(phototransistor) : 미소량의 빛이 존재하는 곳에서 광 센서로 사용됨. LED 광원과 함께 연결되어 사용된다.

접촉 및 촉각 센서

물리적인 접촉에 의해 만들어진 신호를 보내는 장치이며, 가장 간단하게는 마이크로 스위치이다. 촉각센서는 접촉 유무를 검츨하는 기능 뿐만 아니라 접촉 물체에 대한 부가적인 정보까지도 제공할 수 있다. 모양, 크기, 물질의 형태 정보들이다.

근접 센서 (proximity)

사물이 다른 사물에 접촉되기 이전에 근접하였는지 결정하는 데 사용된다.

• 자기 근접 센서 : 자기 근접 센서는 자성체를 가까이 할 때 기동된다. 예를 들면 기계 장치의 문을 열었을 때 신호를 발생하는 경우, 자기 근접 센서를 가지고 있다.
• 초음파 근접 센서 : 초음파 센서의 운용에는 두 가지 모드가 있다. 즉 초음파를 발생시키는 송신기(Emitter)와 수신기(Receiver)가 함께 구성되는 있는 Echo 모드와 분리되어 구성되어 있는Opposed 모드 가 있다. 수신기가 수신 범위 안에 있고 음파가 센서 가까이에 있는 물체의 표현에 반사된다면, 그 음파가 감지되는 경우에만 신호가 발생한다.

거리 센서

근접 센서와 달리 거리 센서는 보다 넓은 거리를 보다 정확하게 측정하는 데 사용된다. 로봇에서 탑재되어 보통 장애물을 검출하는데 사용된다. 기본적인 측정 방법은 3각 측정법과 주행 거리 또는 경과 시간을 기반으로하는 측정방법이다. 3각 측정법은 물체 위에 한점을 만들어주는 단일 광선에 의해 물체를 비추는 방식 사용된다. 다시 말해, 송신기(Emitter)와 수신기(Receiver) 그리고 물체 위의 한점이 3각형 모양을 이루는 식의 측정법이다. 보통 송신기(방사기)의 빛(예를 들면 레이저)은 회전하는 거울에 의해 지속적으로 회전하고 수신기는 이 신호를 검출한다. 주행 시간 또는 경과 시간은 송신기로부터 송신된 신호가 물체에 의해 반사되어 되돌아와 수신기에 수신하는 것으로 거리를 나타낸다.

• 초음파 거리 탐색기 : 초음파는 강인하고 간단하며, 저렴하고 저전력이다. 단 단점은 분해능이 제한된다는 것이다. 분해능은 파장에 의해 제한되며, 온도의 자연적인 비균일성에 의해 제한되고 매질의 속도와 센서의 최대 범위에 의해 제한된다.
  • 특징 : 높은 주파수는 보다 나은 분해능을 나타내지만, 낮은 주파수에 비해 감쇠가 매우 빨라 측정 범위가 매우 제한된다. 즉 빔 주파수와 신호의 감쇠, 횡방향 분해능과의 절충(trade off)이 필요하다.
• 광학 거리 탐색기 : 광학(레이저 포함)은 초음파 센서와 같이 평행한 빔의 빛이 물체로부터 되돌아 주행하는데 요구되는 시간을 측정하기고 하고, 3각 측량법을 사용하기도 한다.

후각 센서 (sniff sensor)

가스 입자를 감지하면 신호가 발생한다.

시각 센서

환경 인식을 위한 가장 범용적이고 세련된 센서이며 주로 카메라를 이용한다.

음성 센서

• 음성 인식 장치 : 음성 인식 은 구성 주파수들을 분해할때 분해된 주된 주파수는 각각 독특한 특성을 가지고 있고, 그것을 시스템에서 단어마다 가정되어진 모든 단어를 인식하는 것이 가능하다.

참고

• 로봇 공학 중 Chapter 7 센서