Materializarea acestor structuri se poate realiza in diferite moduri [147]:

- Arii de fotodiode: elementul fotosensibil este fotodioda, fiecare element are o capacitate C ce este incarcata de electronica de scanare. Timpul de descarcare a acestei capacitati depinde de radiatia luminoasa incidenta;

- Dispozitive cuplate prin sarcina (CCD-charge coupled devices): in acest caz, dispozitivul elementar optic este bazat pe un capacitor MOS (metal - oxid - semiconductor). Cand acesta este iradiat optic, fotonii genereaza perechi electron - gol. prin efectul fotoelectric intern, si dupa un interval de timp, numit timp de integrare, sarcina acumulata este prelucrata si se obtine un semnal electric ce "reflecta" imaginea reala;

- Dispozitive cu injectie de sarcina (CID - charge injection devices);

- DRAM (dinamic random acces memory) - memorii cu acces aleator la care "capacul" ceramic lipseste, astfel incat lumina cade direct pe celulele de memorie. Principiul de lucru include trei pasi:

- fiecare celula de memorie este inscrisa cu "1" logic;

- celulele de memorie sunt deconectate de la busul de date si fiind expuse la lumina, pe baza efectului fotoelectric, se descarca lent, cu o rata de descarcare dependenta de lumina ce ajunge pe celula;

- dupa un timp de "expunere" se citeste memoria. Se obtine o imagine binara a imaginii virtuale incidente pe timpul de expunere.

Traductoare de viteza

Pot masura viteza direct (de exemplu tahogeneratorul) sau indirect (se bazeaza pe masurarea pozitiei si prelucrarea semnalului de pozitie prin intermediul sistemelor electronice) [147], [120].

Tahogeneratorul este in esenta un generator rotativ de mica putere ce genereaza la iesire o tensiune electrica proportionala cu turatia. El uitlizeaza principiul inducerii unei tensiuni electromotoare intr-un conductor ce se deplaseaza intr-un camp magnetic, tensiune proportionala cu viteza de deplasare (Legea Faraday).

Discurile codificate utilizate in masurarea pozitiei pot masura si viteza. In figura 7.20 se prezinta o posibilitate de masurare a vitezei unghiulare a unui arbore. Pe arbore se depun zone de substanta (vopsea) ce vor reflecta in mod diferit lumina emisa de sursa. Se remarca utilizarea unei perechi led - fotodioda (PD).

Alte variante se obtin pe baza de curenti turbionari, reluctanta variabila, ferostatice, cu disc inregistrat magnetic, inductive, etc.

	Fig. 7.20 Traductor optic de viteza

Traductoare de forta

Traductoarele de forta realizeaza conversia energiei mecanice in energie electrica prin masurarea deformatiei fizice produsa de o forta [147]. Deformatia poate fi cauzata direct, ca in figura 7.21 sau, mai uzual, indirect, cand forta actioneaza asupra unui element elastic, producand o deformatie sau deplasare (fig. 7.22).

	Fig. 7.21 Masurare directa  Fig. 7.22 Masurare indirecta

Masurarea directa a fortei este utilizata in principal la senzorii tactili.

In figura 7.23 se prezinta principiul de masurare a fortei de compresiune/tractiune. Exista relatia:

(7.2)

unde E este modulul lui Young iar A este aria. Deformatia produce o modificare a unui parametru al traductorului dupa relatia:

(7.3)

unde este un parametru al traductorului netensionat.

	Fig. 7.23 Masurarea fortei de compresiune tractiune

De obicei se masoara iar

(7.4)

In figura 7.24 se prezinta principiul de masurare a fortei in cazul incovoierii. In acest caz:

(7.5)

Masurarea fortei de rasucire se face in mod asemanator (figura 7.25).

	Fig. 7.24 Masurarea fortei de   Fig. 7.25 Masurarea fortei de incovoiere rasucire

Traductoarele de forta sunt de trei tipuri: rezistive, semiconductoare (numite si piezorezistive) si nonrezistive (capacitive, cu fibre optice). Cele rezistive si semiconductoare sunt denumite traductoare tensometrice. Elementul principal il constituie "doza" de masurare ce contine un element elastic din otel, de forma cilindrica, inelara sau paralelipipedica. Traductoarele tensometrice se plaseaza in numar de minim patru pe peretele elastic, doua dupa directia solicitarii si doua perpendiculare pe aceasta directie. Variatia fortei produce o modificare a unei dimensiuni si implicit a rezistentei (semi) conductorului din care este realizat traductorul.

Traductoarele rezistive sunt realizate sub forma unei pelicule metalice, de obicei de cativa microni grosime, depuse pe un suport cum ar fi poliesterul. Se obtin traductori prin tehnici similare celor utilizate in industria microelectronica, ceea ce conduce la o buna reproductibilitate si la tolerante reduse. In figura 7.26 este reprezentat un astfel de traductor.

	Fig. 7.26 Traductor rezistiv de forta

Senzori de vedere

Obtinerea unor informatii despre mediul inconjurator poate fi realizata prin utilizarea sistemelor de achizitii de date de tip vedere artificiala. Un element important al acestor sisteme este iluminarea obiectelor. Scopul iluminarii este obtinerea unei delimitari intre obiectul vizat si fond, precum si reliefarea principalelor caracteristici ale obiectelor.

In cazul sistemelor pasive de vedere (de exemplu, cele ce utilizeaza camere de luat vederi), iluminarea naturala sau artificiala poate fi inacceptabila in sensul ca poate fi prea slaba, poate produce umbre sau suprailuminari. Senzorii activi de vedere, produc propria iluminare a obiectului vizat iar aceasta iluminare este adaptata necesitatilor.

Pentru senzorii pasivi de vedere, sunt utilizate doua tehnici de iluminare:

iluminarea directa (permite distinctia usoara a obiectelor intunecate pe fond deschis sau invers)

iluminarea prin reflexie (produce detalii ale suprafetei obiectului). Ambele tehnici prezinta avantaje si dezavantaje [147].

Senzorii 2-D se bazeaza pe traductori optici de tip matrice optica si pot fi binari sau cu nivele de gri. Senzorii vizuali binari produc imagini a caror pixeli (pixel = elementul de imagine) pot lua doua valori logice ("0" si "1" logic corespunzator imaginii alb sau negru). Imaginea completa este formata dintr-o serie de "0" si "1" ceea ce permite distinctia relativ usoara a obiectelor intunecate pe fond deschis (si invers). Avand in vedere informatia relativ redusa, datele pot fi manipulate rapid. Pentru recunoasterea formelor se utilizeaza programe specifice.

	Fig. 7.27 Schema bloc a unui senzor de vedere

Senzorul de vedere este "invatat" sa recunoasca obiectele prin memorarea unor caracteristici ale acestora: numar de gauri, dimensiuni, forma, etc. In practica exista o anumita probabilitate de recunoastere corecta. Erorile pot aparea in special daca doua obiecte "seamana". Pentru recunoasterea obiectelor trebuie create conditii de iluminare si de pozitionare a obiectului vizat. Obiectele izolate si intr-o stare stabila pot fi recunoscute usor, insa obiectele suprapuse sau in miscare spatiala sunt dificil de interpretat prin utilizarea senzorilor de vedere binari. Senzorii vizuali cu nivele de gri, produc la iesire o imagine ai carei pixeli sunt cuantizati intr-un numar de nivele obtinute prin convertirea semnalului traductorului optic analogic intr-un semnal numeric.

Senzorii 3-D permit obtinerea unor detalii in adancime [147].

"Vederea stereo" se bazeaza pe corelarea imaginilor 2-D ale obiectului luate de doua camere diferite in aceleasi conditii de iluminare (tehnica de decalaj figura 7.28) sau pe corelarea imaginilor luate de camera in conditii diferite de iluminare (tehnica fotometrica figura 7.29).

	a. b. Fig. 7.28 Vederea stereo. Tehnica de decalaj
	Fig. 7.29 Vederea stereo. Metoda fotometrica

"Lumina structurata" se bazeaza pe idea de a extrage informatii geometrice din imaginea 2-D a obiectului prin intermediul iluminarii sub forma unui model: linii paralele, caroiaj, siruri de puncte etc.

	Fig. 7.30 Lumina structurata

Prin utilizarea laserului sau a unui proiector puternic, modelul este proiectat pe obiect. Imaginea 2-D obtinuta, contine deformari ale modelului datorate formei proprii a obiectului. Informatiile se utilizeaza in scopul de a extrage datele necesare reprezentarii 3-D (fig. 7.30, fig. 7.31 - cu patru exemple de deformare a modelului).

In cazul vederii 3-D, un aspect important il constituie masurarea distantei. Se poate utiliza scanarea laser (cu o sensibilitate foarte buna dar relativ costisitoare), ariile de leduri (rezolutie scazuta, pret scazut, ideale pentru un "ochi" in mana unui robot) sau ultrasunetele prin masurarea timpului de intarziere intre unda transmisa si unda reflectata. Acest timp permite determinarea distantei prin intermediul unui soft de prelucrare a datelor.

	Fig. 7.31 Tipuri de lumina structurata

Senzori tactili

Senzorii tactili sunt utilizati pentru detectarea si masurarea unei distributii de forte intr-un spatiu dat. Ei permit depasirea unor limitari ale senzorilor de vedere si de multe ori se utilizeaza impreuna cu acestia. Senzorii tactili au fost dezvoltati atat in scop industrial (roboti,etc.) cat si medical (proteze pentru handicapati). Prinderea si manipularea obiectelor trebuie sa respecte anumite conditii. Astfel, putem face o distinctie evidenta intre prinderea unui obiect rigid (greu deformabil) si a unui obiect fragil (usor deformabil, de exemplu: ou) [147].

Prin urmare, este necesara o analiza a obiectului, astfel incat acesta sa fie suficient de strans (pentru a nu-l scapa) dar fara a se depasi o anumita limita (peste care obiectul este distrus). Analiza obiectului poate insemna masurarea masei, volumului (implicit densitatea), temperatura, elasticitatea etc.

Calitatea unui sistem de senzori utilizati in constructia unei maini mecanice depinde de: pretul de cost, viteza de lucru, procentul de erori, domeniul (larg, ingust) de aplicabilitate, adaptabilitatea (calitatea unui sistem de a se adapta usor la un anumit tip de sarcina), modul de interfatare a sistemului fizic la senzori, modularizarea, interfatarea cu operatorul uman, orientarea spatiala (numarul gradelor de mobilitate) etc.

Senzorii tactili se bazeaza pe utilizarea de traductoare de forta "directe" adica dispozitive ce masoara deformatia mecanica produsa de o forta ce actioneaza direct asupra traductorului (fig. 7.21).

Se utilizeaza arii 2-D formate din "celule". Similar cu simtul tactil al omului, senzorii tactili lucreaza prin masurarea presiunii de contact intre obiect si "mana mecanica". Impartind aria de contact intr-o matrice se obtine o imagine 2-D a presiunii de contact, ceea ce conduce la posibilitatea obtinerii unei imagini 3-D a obiectului supus manipularii.

Avand "imaginea" presiunii exercitate asupra obiectului in spatiu si timp, se poate detecta tendinta de alunecare a obiectelor, prin compararea imaginilor succesive ale presiunii si luand masurile adecvate de strangere.

Senzori tactili rezistivi

Functionarea acestor senzori se bazeaza pe variatia rezistentei electrice a unui element rezistiv (fibre de carbon, elastomeri) ca urmare a deformatiei produse de forta aplicata. Masurarea variatiei rezistentei se face de-a lungul sau perpendicular pe vectorul fortei aplicate.

	Fig. 7.32 Senzor tactil rezistiv

In figura 7.32 este reprezentat cazul masurarii rezistentei in plan vertical. Distanta intre electrozii superiori si cei inferiori se reduce prin actiunea fortei F, si conduce la micsorarea rezistentei electrice intre punctele stratului superior si punctele stratului inferior. Masurand aceste rezistente se obtine o imagine spatiala a deformatiilor produse de forta F.

Senzori tactili capacitivi

Se bazeaza pe variatia capacitatii electrice a unui element capacitiv ca urmare a deformatiei produse de forta aplicata. Se utilizeaza pentru masurarea presiunilor mari, datorita unei constructii mai robuste.

	Fig. 7.33 Senzor tactil capacitiv

Senzori tactili optici

Se bazeaza pe modificarea caracteristicilor de absorbtie a luminii intr-un mediu transparent ca urmare a actiunii unei forte:

	Fig. 7.34 Senzor tactil optic

Mediul transparent poate fi reprezentat de fibrele de sticla (figura 7.35), sau material plastic transparent (figura 7.36) [147].

	Fig. 7.35 Senzor tactil optic  Fig. 7.36. Senzor tactil optic bazat pe o arie x-y de fibre de  bazat pe arii liniare de surse sticla de lumina si detectori