Rob tica inteligente
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Robótica Inteligente. Tema 3: Sensores y Actuadores L. Enrique Sucar Marco López ITESM Cuernavaca. Sensores. Introducción Tipos –cantidad física: Luz Fuerza Sonido Posición y orientación Tipos –función: Proximidad y rango Tactil Estado interno. Introducción.

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Rob tica inteligente

Robótica Inteligente

Tema 3: Sensores y Actuadores

L. Enrique Sucar

Marco López

ITESM Cuernavaca


Sensores

Sensores

  • Introducción

  • Tipos –cantidad física:

    • Luz

    • Fuerza

    • Sonido

    • Posición y orientación

  • Tipos –función:

    • Proximidad y rango

    • Tactil

    • Estado interno


Introducci n

Introducción

  • Los sensores permiten al robot percibir su medio ambiente y su estado interno

  • Dos tipos básicos:

    • Sensores de estado interno

    • Sensores de estado externo

  • Desde otro punto de vista se pueden clasificar en:

    • Activos: emiten energía o modifican el ambiente

    • Pasivos: reciben energía pasivamente


Consideraciones generales

Consideraciones generales

  • Campo de vista

  • Rango de operación

  • Exactitud y resolución

  • Velocidad (operación en tiempo real)

  • Requerimientos computacionales

  • Potencia, peso y tamaño

  • Robustez (redundancia)


Sensitividad

Sensitividad

  • Grado de cambio de la señal de salida del sensor en función del cambio de la señal física medida:

    Dr / r = S [Dx / x]

    r – señal del sensor

    x – cantidad medida

    S – sensitividad


Rango

Rango


Sensores de luz

Sensores de Luz

  • Perciben la luz, ya sea en el rango visible o en el infrarrojo

  • Tipos:

    • Fotoceldas

    • Fotoresistencias

    • Fototransisitores

    • Fotodiodos

    • Laser

    • Cámasras


Fotoresistencias

Fotoresistencias


Fototransistores

Fototransistores


Tel metro laser

Telémetro laser

  • Emite energía laser en una secuencia de impulsos cortos

  • Se mide el tiempo en que tarda en regresar la luz reflejada por el objeto

  • Se calcula la distania al objeto

  • Ejemplo: láser Sick:

    • 360 lecturas cada ½ grado – 180 grados

    • Cada 1/10 de segundo

    • Alcance de 50m con resolución de 5cm


C maras

Cámaras

  • Tipos de luz:

    • Visible

    • Infrarroja

  • Cámaras:

    • Manocromáticas / color

    • Analógicas / digitales

    • Pasivos / activos (puntos, línea láser)


Sensores de fuerza

Sensores de fuerza

  • Micro-interruptores

  • “bigotes”

  • Acelerómetros

  • Sensores de curvatura


Sonidos

Sonidos

  • Micrófonos – trabajan con frecuencias audibles

  • Sensor de pelicula piezoeléctrica – producen un voltaje cuando hay cambios en la cantidad medida (vibración, temperatura, ...)

  • Sonar – miden el tiempo que tardan en recibir un sonido (no audible) emitido


Sensores de posici n y orientaci n

Sensores de posición y orientación

  • Odometría

    • Encoders

    • Incrementales / absolutos

  • Navegación inercial

    • Giroscopios

    • Inclinación

    • Acelerómetros

  • Brújula


Sensores de proximidad

Sensores de proximidad

Permiten inferir la distancia a objetos en el

ambiente:

  • Cercanos:

    • Infrarojos

  • Lejanos

    • Sonares

    • Laser


Infrarrojos

Infrarrojos

  • Mediante la emisión y detección de luz infrarroja permiten la detección de obstáculos cercanos

  • Tipos: binario / distancia

  • Rango: pocos cm a metros

  • Problemas:

    • Interferencia de luz ambiental

    • Depende del color/propiedades de las superficies


Infrarojos

Infrarojos


Infrarojos1

Infrarojos


Infrarojos2

Infrarojos


Infrarojos3

Infrarojos


Sonares

Sonares

  • Detectan obstáculos mediante la emisión de ultrasonido y detección del tiempo de retorno

  • Rango: aprox. 10/20 cm a 5 m

  • Problemas:

    • Patrón de emisión

    • Depende del tipo de superficie

    • Múltiples reflexiones


Arreglos de sonares

Arreglos de Sonares

  • Normalmente se combinan varios sonares para tener un rango mayor y redundancia.

  • Algunos arreglos comunes:

    • 1 sonar giratorio

    • Varios sonares al frente

    • 1 anillo de sonares (12, 16, ...)

    • 2 anillos de sonares a diferente altura

    • Sonares apuntando arriba y/o abajo


Tel metro laser1

Telémetro laser

  • Otro método para estimar la distancia a obstáculos, con mayor rango y mejor precisión que los sonares

  • Tres métodos alternativos:

    • Triangulación – relación geométrica entre el haz emitido y el haz recibido

    • Tiempo de vuelo – tiempo de regreso del haz

    • Basado en fase – diferencia de fase entre el haz emitido y el haz reflejado


Tel metro laser2

Telémetro laser


Apuntador laser con c mara

Apuntador laser con cámara

  • Una alternativa más económica al telémetro laser es el usar una apuntador láser (punto o línea) combinado con una cámara

  • La distancia al obstáculo se estima en base a la altura del punto o línea en la imagen y relaciones geométricas


Apuntador laser con c mara1

Apuntador laser con cámara


Sensores de contacto

Sensores de Contacto

  • Permiten al robot detectar cuando hace contacto con los obstáculos

  • Se usan principalmente para evitar daño al robot como último recurso (también se utilizan en manos robóticas)

  • Dos formas de uso:

    • Como otro sensor que va al computador del robot

    • Conectado directamente al circuito de control de los motores de forma que detenga automáticamente al robot


Sensores de contacto1

Sensores de Contacto

  • Principales tipos:

    • Bumpers: microswitches en un arreglo alrededor del robot

    • Materiales que cambian la resistencia o capacitancia al acercarse a un obstáculo

    • “Bigotes”

    • Sensores de Curvatura

    • Medidores de corriente en los motores


Sensores internos

Sensores internos

  • Permiten al robot conocer su estado interno.

  • Entre los más comunes están

    • Encoders – permiten determinar la posición absoluta o relativa del robot en función del movimiento de las ruedas (odometría)

    • Brújulas – permiten estimar en forma aproximada la orientación del robot

    • Giroscopios, acelerómetros, GPS

    • Medidores de energía, corriente de motores, temperatura


Referencias

Referencias

  • [Jones, Flynn] – Cap 5

  • [Dudek y Jenkin] – Cap 2

  • H.R. Everett, “Sensors for mobile robots”, A K Peters, 1995.


Actividades

Actividades

  • Analizar para tu proyecto cuáles sensores son los más adecuados y su ubicación – entregar un reporte por equipo

  • Termina de armar tu robot con los sensores (Lego o PPRK)


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