Sensoren sind die eigentlichen “Sinnesorgane” von Robotern und ermöglichen es ihnen, ihre Umgebung wahrzunehmen und mit ihr zu interagieren. Ohne diese Elemente wäre ein Roboter blind, taub und nicht in der Lage, sich an seine Umgebung anzupassen. Sie sind für die Autonomie von Robotern unerlässlich, leiten ihre Navigation, erkennen Hindernisse und identifizieren sogar Objekte oder Personen.

 

Bis 2024 werden fast 85 % der Industrie- und Bildungsroboter fortschrittliche Sensoren enthalten, um Präzision und Sicherheit zu gewährleisten. Sie sind für die moderne Robotik unverzichtbar und liefern entscheidende Daten für die autonome Navigation, die Hinderniserkennung und die Mensch-Maschine-Interaktion. Damit ein Roboter mit seiner Umgebung interagieren kann, sind Sensoren von entscheidender Bedeutung: Sie verleihen ihm die Fähigkeit zur Wahrnehmung, ein entscheidender Schritt in seinem Lernprozess.

 

Dieser Artikel untersucht die lebenswichtige Rolle von Sensoren in der Robotik, stellt die wichtigsten und gängigsten Typen vor und erläutert ihre spezifischen Rollen. Durch das Verständnis dieser Technologien können Schüler und Lehrer im Bereich Robotik ihr pädagogisches Potenzial besser ausschöpfen und wichtige technische Fähigkeiten entwickeln. Dieses Wissen ist eine wertvolle Ressource für die digitale Bildung und Ausbildung von morgen.

 

Die entscheidende Bedeutung von Sensoren für den Roboter

 

Sensoren sind wirklich die “Sinne” eines Roboters, die es ihm ermöglichen, mit der Welt um ihn herum zu interagieren und seinen eigenen inneren Zustand zu verstehen. In der Robotik sammeln diese wichtigen Geräte eine Vielzahl von Informationen, sei es über seine Umgebung (Entfernung, Licht, Temperatur) oder über seinen Betrieb (Position der Motoren, Energieverbrauch). Diese entscheidenden Daten werden dann in elektrische Signale umgewandelt und an das Steuerungssystem des Roboters weitergeleitet und verarbeitet. Es ist diese intelligente Programmierung, die es dem Roboter ermöglicht, fundierte Entscheidungen zu treffen und komplexe Aufgaben auszuführen.

 

 

 

Die Integration von leistungsfähigen Sensoren ist für die Sicherheit und Effizienz von Robotern von grundlegender Bedeutung. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Vermeidung von Hindernissen, der autonomen Navigation und der sicheren Interaktion zwischen Mensch und Maschine – ein entscheidender Aspekt für die Entwicklung der Robotik in Frankreich. Darüber hinaus verbessern Sensoren die Genauigkeit und Leistung des Roboters bei der Ausführung seiner Aufgaben erheblich und erhöhen so seine Anpassungsfähigkeit an verschiedene Szenarien.

 

Das Verständnis der Funktionsweise und Anwendung von Sensoren ist daher eine unverzichtbare Fähigkeit für die Aus- und Weiterbildung von Studierenden im Bereich Robotik. Dies steht im Mittelpunkt der pädagogischen Programme, die darauf abzielen, jungen Menschen bereits in der Schule die Grundlagen der Technik und Informatik zu vermitteln und so künftige Generationen auf eine sich ständig verändernde digitale Welt vorzubereiten.

 

Die verschiedenen Arten von Sensoren und ihre Anwendungen

Sie lassen sich in mehrere allgemeine Kategorien unterteilen, die jeweils zu verschiedenen Anwendungen beitragen, von der Bildung bis hin zur Spitzenforschung. Für Jugendliche und Studenten ist das Erlernen dieser Technologien ein wichtiger Schritt in ihrer digitalen Ausbildung.

 

Annäherungs- und Abstandssensoren

 

Ultraschallsensoren funktionieren, indem sie Schallwellen aussenden und die Rücklaufzeit des Echos messen. Sie eignen sich hervorragend für die Erkennung von Hindernissen auf kurze bis mittlere Distanz und sind häufig in pädagogischen Robotik-Kits für den Programmierunterricht enthalten.

 

Infrarotsensoren (IR-Sensoren) hingegen nutzen einen Infrarotstrahl und reflektiertes Licht für kürzere Entfernungen und sind ideal für kleine Roboter und Schulprojekte. Für eine höhere Genauigkeit verwenden Lasersensoren (LiDAR) Laserimpulse für die 3D-Kartierung. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei hochentwickelten autonomen Robotern und in der fortgeschrittenen Forschung, was die Bedeutung der Digitalisierung in diesen Technologien verdeutlicht.

 

 

 

Vision-Sensoren

2D-Kameras nehmen zweidimensionale Bilder auf und ermöglichen so die Erkennung von Objekten und die Verfolgung von Linien. Sie werden häufig bei Robotikprojekten und visuellen Aktivitäten für Kinder und Schüler eingesetzt.

 

3D-Kameras (Tiefe) hingegen nehmen die Tiefe wahr, was für die Handhabung von 3D-Objekten, die genaue Kartierung und die Interaktion mit unstrukturierten Objekten von grundlegender Bedeutung ist. Diese Computer Vision-Fähigkeiten sind für kollaborative Roboter von entscheidender Bedeutung geworden und verdeutlichen die Fortschritte in den Roboterwissenschaften.

 

Tast- und Kraft-/Drehmomentsensoren

 

Tastsensoren erkennen physischen Kontakt und erleichtern das Greifen von Objekten mit den Greifern von Lernrobotern. Ihre Verwendung ist im Robotikunterricht üblich, um die Schüler an physische Interaktionen heranzuführen.

 

Kraft-/Drehmomentsensoren messen die einwirkenden Kräfte und Drehmomente und ermöglichen so kontrolliertes Drücken bei Präzisionsmontageaufgaben oder sogar in der Chirurgie. Diese Sensoren spielen eine immer größere Rolle in der fortgeschrittenen pädagogischen Robotik und bieten Ressourcen für komplexere Kurse und innovative Projekte.

 

Interne (propriozeptive) Sensoren

 

Encoder sind unerlässlich, um die Winkel- oder Linearposition der Gelenke eines Roboters zu messen und so eine präzise Steuerung der Bewegung zu gewährleisten. Sie sind grundlegend für jeden Kurs zur Programmierung von Robotern und für das Erlernen von Technologien.

 

Die IMU (Inertial Measurement Unit), die aus Beschleunigungsmessern und Gyroskopen besteht, misst die Orientierung, die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung. Sie ist ein entscheidendes Werkzeug für die Stabilisierung und Navigation von Drohnen und mobilen Robotern und besonders relevant für Forschungsprojekte und die Ausbildung im Bereich Informatik.

 

Die Rolle von Sensoren in der Robotikausbildung

 

Sensoren sind grundlegende Elemente der Bildungsrobotik, da sie es den zu programmierenden Robotern ermöglichen, ihre Umgebung wahrzunehmen und mit ihr zu interagieren, wodurch das Lernen für die Schülerinnen und Schüler konkret, experimentell und motivierend gestaltet wird.

 

Funktion von Sensoren in der Bildungsrobotik

In einem Bildungskontext ermöglichen diese Geräte den Schülern die Programmierung von Robotern, die auf konkrete Reize (Licht, Geräusche, Hindernisse, Druck) reagieren, wodurch das Lernen interaktiv und experimentell gestaltet wird.

 

 

Pädagogischer Nutzen der Sensoren

 

Lernen durch Praxis : Die Schülerinnen und Schüler lernen, in Echtzeit zu programmieren und Probleme zu lösen, indem sie die direkten Auswirkungen ihrer Anweisungen auf das Verhalten des Roboters beobachten.

 

Entwicklung bereichsübergreifender Kompetenzen : Der Umgang mit Robotern, die mit Sensoren ausgestattet sind, fördert den Erwerb von Kompetenzen in den Bereichen Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik (STEM), aber auch in Logik, Kreativität und kollaborativer Arbeit.

 

Motivation und Engagement : Die Integration von Robotik und damit auch von Sensoren in schulische Aktivitäten fördert das Interesse der Schülerinnen und Schüler und steigert ihr Engagement, insbesondere durch die spielerische und greifbare Dimension der Robotermanipulation.

 

Projektansatz : Sensoren ermöglichen einen projektbasierten Unterricht, bei dem die Schülerinnen und Schüler Roboter entwerfen, programmieren, testen und verbessern, um bestimmte Ziele zu erreichen, und so das Lernen durch Versuch und Irrtum und kritisches Denken fördern.