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Conteúdo:
ROBÓTICA
 Henrique Fioravanti
Miguel López 
Sensores II
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Diferenciar os sensores de proximidade dos medidores de dis-
tância quanto as suas principais características e princípio de fun-
cionamento. 
 � Explicar o princípio de funcionamento e principais características 
dos sensores de luz, toque, táteis, de aroma e os gustativos.
 � Definir a aplicação de cada sensor baseando-se em suas caracte-
rísticas.
Introdução
Quando se deseja saber o posicionamento de um objeto, ou se ele 
chegou a determinado destino, um sensor de toque pode ser utiliza-
do. No entanto, se não se deseja contato físico, pode se usar um sen-
sor de proximidade. Para saber a distância desse objeto ao sensor, um 
medidor de distância pode ser necessário. Neste texto, você vai es-
tudar estes sensores, assim como sensores bem específicos como os 
táteis, de aroma, gustativos e o dispositivo de complacência central.
Sensores de proximidade x Medidores 
de distância
Sensores de proximidade
Um sensor de proximidade é utilizado para determinar se um objeto está 
perto de outro antes de o contato físico ser feito. Essa detecção sem contato 
pode ser útil em muitas situações, desde medir a velocidade de um motor até 
navegar um robô.
 � Sensores magnéticos de proximidade: são ativados quando estão perto 
de um ímã. Podem ser usados para contar o número de rotações de 
rodas ou motores, montando o ímã na roda, ou rotor, e o sensor no 
chassi. 
 � Sensores ópticos de proximidade: consistem de uma fonte de luz, cha-
mada de emissor (interna ou externa a ele), e um receptor, que detecta 
a presença ou ausência de luz. Geralmente, o emissor é um LED e o 
receptor, um fototransistor. A Figura 1 é um desenho esquemático de 
um sensor de proximidade óptico. A menos que um objeto reflexivo 
esteja dentro da faixa do interruptor, a luz não é vista pelo receptor e, 
portanto, não haverá sinal.
Figura 1 – Sensor de proximidade óptico.
A Figura 2 mostra uma outra variação do sensor de proximidade óptico. 
Nesse sistema, um feixe de luz é transmitido por meio de um prisma que 
refrata a luz em suas cores primárias constituintes. Dependendo da distância 
do objeto ao sensor, uma determinada cor de luz é refletida para o detector. 
Ao medir a energia da luz refletida, a distância pode ser determinada e co-
municada.
Figura 2 – Um sensor de proximidade óptico alternativo.
 � Sensores ultrassônicos de proximidade: nesse tipo de sensor, um 
emissor emite rajadas frequentes de ondas sonoras de alta frequência 
(geralmente na faixa de 200 kHz) e um receptor recebe a onda sonora 
refletida pelo objeto (no modo eco) ou gerada pelo emissor (no modo de 
oposição), como mostra o desenho esquemático da Figura 3. No modo 
eco, na ausência de um objeto, o receptor não detecta sinal algum, porém, 
a presença de um objeto só é detectada se o objeto refletir luz, não de-
tectando objetos com superfícies como borracha e espuma. No modo de 
oposição, na presença de um objeto, o sinal é interrompido. Todos os sen-
sores ultrassônicos têm um ponto cego perto da superfície do emissor, 
onde a presença e a distância de um objeto não podem ser detectadas. 
Figura 3 – Sensores de proximidade ultrassônicos.
 � Sensores de proximidade indutivos: são utilizados para detectar super-
fícies metálicas. O sensor é uma bobina com núcleo de ferrite, o qual 
é excitado por um oscilador/detector que gera nela um sinal com de-
terminada frequência e amplitude. Na presença de um objeto de metal 
próximo ao sensor, a amplitude das oscilações diminui, o detector de-
tecta a mudança e desliga um interruptor de estado sólido. Quando a 
peça deixa o alcance do sensor, ele liga novamente.
 � Sensores capacitivos de proximidade: reagem à presença de qualquer 
objeto que tenha uma constante dielétrica maior que 1,2. Quando o 
objeto está dentro do alcance do sensor, a capacitância do material au-
menta a capacitância do circuito do sensor, acionando um oscilador 
que liga a unidade de saída e envia um sinal de saída. Podem detectar 
matérias não metálicos, como madeira, líquidos e produtos químicos. 
A Tabela 1 mostra as constantes dielétricas de materiais selecionados.
Tabela 1 - Constantes Dielétricas para Materiais Selecionados
 � Sensores de proximidade por corrente parasita: quando um condutor é 
colocado dentro de um campo magnético, uma força eletromotriz (fem) 
é induzida nele, que faz com que uma corrente flua no material. Essa 
é a corrente parasita. Na proximidade de materiais condutores, uma 
corrente parasita é induzida no material, que cria um fluxo oposto em 
uma de duas bobinas, reduzindo efetivamente o fluxo total. A segunda 
bobina, que gera um fluxo magnético variável como referência, mede 
essa variação, que é proporcional à proximidade do material condutor.
Sensores de proximidade basicamente detectam a presença de um objeto 
perto de seu alcance, entretanto, sensores de proximidade ópticos, ultrassô-
nicos e por corrente parasita também podem medir distâncias, pois permitem, 
além de detectar um objeto próximo, saber a que distância se encontra esse 
objeto.
Medidores de distância
Ao contrário dos sensores de proximidade, medidores de distância são 
usados para determinar distâncias maiores, para detectar obstáculos, e para 
mapear a superfície dos objetos. Geralmente são baseados em luz (visível ou 
infravermelha), ou laser e ultrassom. Dois métodos comuns de medição são a 
triangulação e o tempo de voo (ou tempo decorrido).
Ar 1,000 Porcelana 4,4 - 7
Soluções 
Aquosas
50 – 80 Papelão 2 – 5
Resina epóxi 2,5 – 6 Borracha 2,5 – 3,5
Farinha 1,5 – 1,7 Água 80
Vidro 3,7 – 10 Madeira seca 2 – 7
Náilon 4 - 5 Madeira úmida 10 - 30
 � Triangulação: um objeto é iluminado por um emissor rotativo de luz. 
A mancha de luz formada no objeto é vista por um receptor, como uma 
câmera ou fotodetector. Um triângulo é formado entre o receptor, a 
fonte de luz e a mancha no objeto, como mostrado na Figura 4.
Figura 4 – Método da triangulação para medição de distância. O receptor só irá detectar o ponto 
no objeto quando o emissor estiver em um ângulo particular, que é usado para calcular a distância.
Como é evidente na Figura 4 (a), uma vez que L e β são conhecidos, se α é 
medido, a distância d pode ser calculada por:
(Eq. 1)
Você pode ver na Figura 4 (b) que, exceto naquele instante, o receptor não 
vai ver a luz refletida. Por isso, é necessário girar o emissor e, assim que a luz 
refletida for observada pelo receptor, registrar o ângulo do emissor e usá-lo 
para calcular a distância. Na prática, a luz do emissor (como laser) é girada 
continuamente por um espelho rotativo e o receptor está testado para o sinal. 
Assim, quando a luz é observada, o ângulo do espelho é registrado.
 � Tempo de voo (tempo decorrido): um sinal é enviado pelo emissor, re-
fletido pelo objeto, e recebido pelo receptor. A distância entre o objeto 
e o sensor é metade da distância percorrida pelo sinal. Essa distância 
pode ser calculada medindo-se o tempo de voo do sinal, sabendo a sua 
velocidade de deslocamento. Essa medição deve ser muito rápida pra 
ser exata. Para medições de pequena distância, o comprimento de onda 
do sinal deve ser muito pequeno.
Medidores de distância por ultrassom
São robustos, simples, baratos e de baixa potência. Típicos dispositivos 
ultrassônicos operam na faixa de frequência de 20 kHz até 2 MHz, ou seja, 
com um comprimento de onda pequeno. É sensível às variações naturais de 
temperatura e de velocidade no meio.
A maioria dos ultrassons mede a distância utilizando a técnica do tempo 
de voo, já que sabendo a velocidade do som, pode-se medir o tempo de des-
locamento do sinal enviado pelo emissor, refletido no objeto e recebido pelo 
receptor.
A precisão da medição depende do comprimento de onda do sinal, da pre-
cisão da medição do tempo e da velocidade do som. A velocidade do som 
depende da frequência da onda,da densidade e temperatura do meio. O erro 
no pior caso de medição do tempo é de ±1/2 do comprimento de onda, logo, a 
precisão na medição do tempo aumenta com frequências maiores. Entretanto, 
frequências mais altas possuem pouca energia e são absorvidas mais facil-
mente pelo meio, limitando o seu alcance. Transdutores de baixa frequência 
possuem resolução severamente deteriorada. O ruído de fundo é outro pro-
blema com sensor de ultrassom. Diversas operações na indústria produzem 
ruído de até 100 kHz, logo, é desejável que se utilize frequência acima de 100 
kHz em ambiente industrial.
A medição de distância de ponto único é chamada verificação local, e a 
aquisição de vários pontos de dados de distância para um mapeamento 3-D de 
um objeto é chamada de aquisição de matriz de intervalo. Nesse tipo de me-
dida, a parte traseira do objeto ou partes obscurecidas por outras partes não 
podem ser medidas, logo, essas medidas também são referidas como 2,5-D.
Medidores de distância baseado em luz
Medidores baseados em luz (incluindo infravermelho e laser) avaliam a 
distância de um objeto por três métodos diferentes: tempo de voo, modulação 
de amplitude e triangulação. Como a velocidade da luz no ar é de 300.000 
km/s, uma eletrônica de velocidade extremamente alta e alta resolução são ne-
cessárias para o método do tempo de voo. Um método alternativo a esse é uti-
lizar a modulação da luz por uma onda senoidal de baixa frequência, e medir 
a diferença de fase entre a luz emitida e a recebida. Esse efeito corresponde 
a reduzir a velocidade da onda para escalas mensuráveis. A triangulação é a 
técnica comum usada em medidas de distância por feixe de luz. Produz a re-
solução mais precisa entre as três técnicas para distâncias mais curtas.
Outra técnica para medir distâncias com fontes de luz é o imageamento 
estéreo. Nesta técnica, uma vez que a luz laser e o eixo da câmera não são 
paralelos, a localização do ponto do laser dentro da imagem é uma função da 
distância entre o objeto e a câmera.
 � LIDAR (Light Detection and Ranging) é semelhante ao radar, mas usa 
luz ao invés de ondas de rádio. Um feixe de luz é disparado em direção 
ao alvo, e as propriedades da luz refletida são medidas para determi-
nação da distância e/ou outras informações sobre o alvo distante.
Sistema de Posicionamento Global (GPS)
O sistema inclui 29 satélites orbitando a Terra, uma estação de controle e 
monitoramento na Terra, e os receptores GPS. Utilizando três satélites, cada 
satélite envia sinais em intervalos precisos, com informações sobre o instante 
em que o sinal foi enviado e a localização do satélite. A unidade de GPS lê os 
sinais enviados e, usando a diferença entre o tempo atual e o tempo em que 
cada sinal foi enviado, calcula a distância ao satélite. Cada distância forma 
uma esfera centrada no satélite, em que a unidade GPS reside. Duas esferas se 
cruzam em um círculo, e o círculo geralmente cruza a esfera em dois pontos. 
O local mais perto da superfície da Terra é o local desejado. No entanto, como 
os sinais se movem na velocidade da luz, a precisão do sistema é muito de-
pendente da precisão do relógio do aparelho GPS, os quais comercialmente 
produzidos em massa não são precisos o suficiente para fornecer o posicio-
namento exato. Portanto, o sinal de um quarto satélite também é usado para 
aumentar a precisão do sistema de cerca de 100 metros para em torno de 20 
metros.
Sensores: funcionamento e características
Microinterruptores
Muito semelhantes aos interruptores de luz que temos em nossas casas, 
os microinterruptores são simples, robustos, baratos e muito úteis. Eles inter-
rompem (ou não) a corrente elétrica, portanto, podem ser usados para fins de 
segurança, para a determinação de contato, para o envio de sinais com base 
em deslocamentos, e muitos outros casos.
Sensores de luz visível e infravermelho
Estes sensores possuem uma resistência interna que varia com a intensi-
dade de luz projetada sobre eles. Quando a incidência de luz é zero, a resis-
tência está no máximo. À medida que aumenta a intensidade da luz, a resis-
tência diminui e, consequentemente, a corrente aumenta. São utilizados na 
produção dos codificadores e outros dispositivos.
Um fototransistor pode também ser usado como sensor de luz. Na pre-
sença de certa intensidade de luz, irá ligar, caso contrário, desligar.
Um conjunto de sensores de luz pode ser usado com uma fonte de luz 
móvel para medir deslocamentos também. Se um dispositivo precisa de luz 
para medir uma distância grande para fins de navegação, o infravermelho 
pode ser usado, pois é invisível aos olhos humanos, evitando assim, perturba-
ções. Dispositivos de controle remoto infravermelho podem fazer a comuni-
cação entre dispositivos e robôs.
Sensores de toque e táteis
Sensores de toque são dispositivos que enviam um sinal quando o con-
tato físico é feito. O microinterruptor é um exemplo simples de sensor de 
toque. Podem, por exemplo, enviar um sinal para o controlador quando um 
robô atinge um obstáculo. Um sensor de força pode também ser usado como 
sensor de toque, fornecendo informações adicionais de amplitude da força de 
contato.
Um sensor tátil é uma coleção de sensores de toque que, além de deter-
minar o contato, também podem fornecer informações adicionais sobre o ob-
jeto, como forma, tamanho e tipo de material. A Figura 5 mostra três simples 
configurações, uma tocando um cubo, outra um cilindro e outra tocando um 
objeto arbitrário. Quando o sensor entra em contato com o objeto, dependendo 
da forma e do tamanho do objeto, diferentes sensores de toque reagem de 
forma diferente em uma ordem diferente, logo, cada objeto cria uma assina-
tura diferente, única, que pode ser usada na detecção.
Figura 5 – Um sensor tátil pode fornecer informações sobre o objeto.
No projeto da Figura 6, um conjunto de seis sensores de toque é arranjado 
em cada lado de um sensor tátil. Cada sensor de toque é composto de um 
êmbolo, um LED e um sensor de luz. Na presença de um objeto, o êmbolo se 
move para dentro, bloqueando a luz do LED projetada no sensor de luz. Como 
você pode ver, esses sensores de toque são de fato sensores de deslocamento. 
O deslocamento do êmbolo para cada sensor de toque é diferente, fazendo 
com que o sensor tátil forneça informações sobre o objeto. Sendo assim, para 
o mesmo fim podem ser utilizados microinterruptores, TDVLs, sensores de 
pressão, sensores magnéticos, entre outros.
Figura 6 – Sensores táteis são geralmente uma coleção de simples sensores de toque dispostos 
em forma de matriz com uma ordem específica para enviar informações de contato e de forma 
para o controlador.
A Figura 7 mostra um sensor tátil com uma matriz de sensores de toque 
embutidos entre duas camadas tipo polímeros, separadas por uma malha. 
Quando uma força é aplicada no polímero, ela é distribuída entre alguns sen-
sores próximos e cada um envia um sinal proporcional à força aplicada sobre 
ele, funcionando semelhante à pele humana. Por este motivo, este sensor tátil 
é conhecido como o de tipo pele. 
Figura 7 – Sensor tátil do tipo pele.
Sensores de aromas
Sensores de aromas são sensíveis a gases particulares e enviam um sinal 
quando detectam gás, semelhantes aos detectores de fumaça. 
Sensores gustativos
Um sensor de gosto é um dispositivo que determina a composição das 
partículas em um meio. Um dispositivo usa uma matriz de sensores poten-
ciométricos para avaliar os cinco sabores básicos de doçura, amargor, acidez, 
salinidade e umami.
Aplicação dos sensores
Microinterruptores
Podem ser usados para limitar o curso de um pistão hidráulico ou pneu-
mático; para detectar a presença de um objeto; determinar a parada de uma 
esteira em uma linha de produção assim que o produto chegar no ponto exato 
para sofrer o próximo processo.
Sensores de luz visível e infravermelho
Usados na produção de codificadores ópticos, pois contam o número de 
vezes em que “há luz”. Os postes de luz nas ruas utilizam fototransistoresque, 
quando a luz natural se reduz ao chegar a noite, ligam as luzes dos postes. 
Televisores utilizam sensores infravermelhos para recebimento de sinais do 
controle remoto. Controles remotos com infravermelho (Figura 8) também 
podem ativar motores com sensores infravermelhos, abrindo e fechando por-
tões.
Figura 8 – Controle remoto envia um sinal infravermelho para um sensor infravermelho que in-
terpreta o sinal.
Sensores de toque e táteis
Sensores de toque têm aplicações muito semelhantes aos microinterruop-
tores, pois existe o contato físico. Um outro exemplo de aplicação é o de con-
tagem de produtos em uma linha de produção: cada vez que um produto passa 
pela esteira e toca o sensor de toque, a contagem é incrementada.
Sensores táteis podem fornecer informações de forma, tamanho ou tipo 
de material. Um produto pode ser descartado de uma linha de produção caso 
o sensor de toque não identifique a forma correta desse produto. A matéria 
prima de um certo produto pode ser rearranjada em uma linha de produção 
ao se saber seu tamanho ou tipo de material. Sensores de toque do tipo pele 
podem cobrir robôs para ajudar a evitar colisões. A tela de celulares atuais e 
tablets são sensores de toque (Figura 9).
Figura 9 – Tablets utilizam sensor de toque.
Sensores de Proximidade
 � Sensores magnéticos de proximidade: podem fornecer informações de 
posição (contando o número de giros) e velocidade (número de giros 
em um intervalo de tempo). Uma aplicação é no sensor de velocidade 
e distância utilizado em bicicletas, em que um sensor magnético fica 
preso ao garfo da bicicleta apontando pro aro da roda que tem um ímã. 
Toda vez que a roda gira, o sensor conta o número de voltas e a veloci-
dade entre uma volta e outra. Pode ser usado como dispositivos de se-
gurança, identificando quando uma porta está aberta ou fechada, a fim 
de parar dispositivos rotacionais e móveis. Pode ser usado em muitas 
aplicações, incluindo os codificadores ópticos. Veja um exemplo na 
Figura 10.
Figura 10 – Sensor magnético de proximidade.
 � Sensores ópticos de proximidade: pode determinar tanto a proximi-
dade quanto a distância de curto alcance, atuando como medidor de 
distância a curto alcance. As aplicações como sensor de proximidade 
se assemelham as do microinterruptor, com a diferença de que não há 
o contato físico. Medindo distância de curto alcance, pode posicionar 
um objeto no local exato para uma operação de furação, por exemplo. 
A Figura 11 ilustra uma aplicação desse sensor.
Figura 11 – Sensor óptico de proximidade a laser.
 � Sensores ultrassônicos de proximidade: uma aplicação comum é no 
ramo automotivo, quando utilizado no para-choque dos carros para 
indicar a proximidade de outro veículo ou obstáculo ao estacionar 
(Figura 12).
Figura 12 – Automóveis modernos utilizam sensores ultrassônicos para auxiliar na baliza.
 � Sensores de proximidade indutivos: uma aplicação é a detecção de 
minas terrestres e objetos metálicos no solo. Pode ser usado também 
para verificar a existência de material metálico quando misturado entre 
outros materiais, e também fazer a contagem de produtos em uma linha 
de produção, se esses forem metálicos. O detector de metais em bancos 
e aeroportos utiliza sensores magnéticos de proximidade (Figura 13).
Figura 13 – Sensor de proximidade indutivo utilizado para (a) detectar metais sob o solo e (b) 
detectar metais em bancos e aeroportos.
 � Sensores capacitivos de proximidade: utilizados quando se necessita 
detectar a presença de um objeto e este não é metálico. Podem fazer a 
contagem de produtos em uma linha de produção, se esses não forem 
metálicos; identificar a presença de um objeto em uma linha de pro-
dução e habilitar o próximo processo nesse objeto; evitar colisões. Mi-
crofones do tipo condenser são sensores capacitivos (Figura 14).
Figura 14 – Microfone condensador é um exemplo de sensor capacitivo.
 � Sensores de proximidade por corrente parasita: São usados para de-
tectar a presença de materiais condutores, bem como em ensaios não 
destrutivos de vazios e fissuras, a espessura de materiais, e assim por 
diante.
Medidores de distância
 � Medidores de distância por ultrassom: os pardais utilizados na estrada 
para medir a velocidade dos carros utilizam medidores ultrassônicos. 
Medem sua distância ao veículo duas vezes em um intervalo de tempo 
definido, calculando, assim, a velocidade. Outra aplicação típica é o 
acompanhamento do desenvolvimento de fetos em gestantes, por meio 
do mapeamento 3-D do feto (Figura 15).
Figura 15 – Medidor de distância por ultrassom usado para mapeamento 2,5-D.
 � Medidores de distância baseados em luz: a trena a laser é um exemplo 
típico de aplicação (Figura 16). Câmeras digitais de celulares utilizam 
esse sensor para ajuste do foco da imagem.
Figura 16 – Medidor de distância baseado em luz: (a) trena a laser e (b) ajuste focal de máquina 
fotográfica digital.
 � Sistemas de Posicionamento Global (GPS): atualmente, os celulares se 
utilizam de GPS para nos fornecer informações de localização. Aplica-
tivos como o Uber permitem que possamos saber o posicionamento em 
tempo real de um automóvel solicitado, ao mesmo tempo em que o mo-
torista desse automóvel sabe nossa localização, tudo por meio do GPS.
Figura 17 – Celulares modernos possuem sensores GPS.
Sensores de aromas
Usados para fins de segurança, bem como busca e detecção.
Sensores de gustativos
Para distinguir as diferentes variedades de vinho, uma língua artificial de 
degustação de vinhos usa uma matriz de transistores efeito de campo sensível 
a íons dentro de um único chip para medir os níveis relativos de íons de sódio, 
potássio, cálcio, cobre e prata. Estes são utilizados para avaliar e classificar 
amostrar de vinho. Outro sensor utiliza eletrodos específicos de íons, pares 
de sensores de oxidação/redução, um sensor de condutividade elétrica, e uma 
série de células galvânicas para medir a presença de contaminantes como 
cobre, zinco, chumbo e íons de ferro na água até 10 ppm. Esta informação 
pode ser usada diretamente, ou em combinação com outros dados, em sis-
temas robóticos e atividades automatizadas.
Referência
NIKU, Saeed B. Introdução à robótica: análise, controle, aplicações. 2. ed.
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