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Sensores para robótica

Luiz M. G. Gonçalves. Sensores para robótica. Percepção. Percepção. Robótica. Ação. Eletrônica Básica. -. +. v. i. R. i. 1/R = G. v. R. Eletrônica Básica. Resistor Resistores Variáveis: Potenciômetro; LDR; Strain-Gage. -. -. +. +. v. i. L. v. i. C.

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Sensores para robótica

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Presentation Transcript

  1. Luiz M. G. Gonçalves Sensores para robótica

  2. Percepção Percepção Robótica Ação

  3. Eletrônica Básica

  4. - + v i R i 1/R = G v R Eletrônica Básica • Resistor • Resistores Variáveis: • Potenciômetro; • LDR; • Strain-Gage.

  5. - - + + v i L v i C Eletrônica Básica • Indutor • Capacitor

  6. Z1 Z1 Z2 Z2 Eletrônica Básica Série Paralelo • Associações • Resistores • Indutores • Capacitores

  7. - + v i D i i v v Eletrônica Básica • Diodo

  8. ic ie ic + - vce vce - + ib ib ie vcc i1 io - + i2 Eletrônica Básica • Transistor • Amplificador Operacional

  9. R2 vcc R1 vi - vo + Eletrônica Básica • Amplificador Inversor

  10. i4 i3 i1 i2 Eletrônica Básica • Leis de Kirchhoff • A soma das correntes que entram em um nó é igual a soma das correntes que saem deste nó.

  11. v1 R1 D + + + + - + + - - - - C v2 R2 - Eletrônica Básica • Leis de Kirchhoff • A soma das tensões ao longo de qualquer percurso fechado é zero.

  12. Caracterização dos Sensores

  13. entrada saída Sensor Energia Auxiliar Classificação dos Sensores • Passivos x Ativos • Ex.: • Chaves; • Resistores Variáveis; • Célula Fotoelétrica; • Cristal Piezoelétrico.

  14. Classificação dos Sensores • Analógicos x Digitais • Ex.: • Chaves; • Potenciômetro; • Encoder. • Absolutos x Incrementais • Ex.: • Potenciômetro; • Servo como sensor.

  15. Especificação do Desempenho • Exatidão x Precisão bias

  16. V(v) y x Características Estáticas • Linearidade • Sensibilidade • Range • Histerese

  17. V(v) 3 2 1 2 4 6 8 V(v) Características Estáticas • Resolução • Limiar Res=2 rad 10

  18. T(graus) Temperatura Real 63,2% Sensor t(s) 1 f(hz) Características Dinâmicas • Dinâmica

  19. X(m) Posição Real Sensor d t(s) Características Dinâmicas • Atraso ou tempo morto

  20. Tipos de Sensores

  21. Cinemáticos posição orientação velocidade aceleração proximidade Dinâmicos conjugado força tato Outros presença som luz temperatura tensão e corrente Funções dos Sensores • Imagens • ccd - analógico • ccd - digital

  22. Sensores de posição • Posição linear • Posição angular • De passagem: indicam que foi atingida uma posição no movimento, os detetores de fim-de-curso e contadores • De posição: indicam a posição atual de uma peça, usados em medição e posicionamento.

  23. Posição: chaves fim-de-curso • Interruptores que são acionados pelo objeto monitorado. Ex.: Nas gavetas de toca-discos laser e videocassetes há chaves fim-de-curso que indicam que a gaveta está fechada, ou há fita. • Também usados com motores para limitar movimento, como no caso de um plotter ou impressora, ou abertura / fechamento de um registro.

  24. Sensores fim-de-curso magnético • Campo magnético num condutor distribui cargas: positivas de um lado e negativas do lado oposto da borda do condutor. • Semicondutor: efeito é mais pronunciado. Surge pequena tensão nas bordas do material (Efeito Hall). • Base do sensor magnético Hall: sensores em circuito integrado na forma de um transistor.

  25. Sensores fim-de-curso magnético • Pode ser usado como sensor de posição se usado junto a um pequeno imã, colocado no objeto. Quando se aproxima, o sensor atua, saturando o transistor Hall, fazendo a tensão entre coletor e emissor próxima de 0V.

  26. Posição com interruptor de lâminas • Usando um interruptor acionado por imã. Imã

  27. Posição com sensores ópticos • Por reflexão: detecta a posição pela luz que retorna a um fotosensor (fotodiodo ou f. transistor, LDR ), emitida por um LED ou lâmpada e refletida pela peça. • Por interrupção: a luz emitida é captada por um fotosensor alinhado, que percebe a presença da peça quando esta intercepta o feixe. (light dependent resistor) • Usado para contagem de peças em linha de produção e aplicações de fim-de-curso.

  28. Posição e orientação: potenciômetro. • Tensão nos extremos de potenciômetro linear: tensão entre o extremo inferior e o centro (eixo) é proporcional à posição linear (potenciômetro deslizante) ou angular (rotativo). • Em controle, potenciômetros especiais, de alta linearidade e dimensões adequadas, de fio metálico em geral, com menor desgaste.

  29. Potenciômetro Revolução Linear Vantagens: barato; simples; absoluto; robusto. Desvantagens: pouco exato; baixa resolução; impõe carga ao sistema. Sensores de posição e orientação

  30. Posição por sensor capacitivo • A capacitância depende da área das placas A, da constante dielétrica do meio, K, e da distância entre as placas, d: • C = K A / d • Variação na capacitância convertida em desvio na freqüência de um oscilador, ou em desvio de tensão numa ponte de dois capacitores e dois resistores

  31. Posição por indutância • Indutância depende do número de espiras, da largura do enrolamento, do comprimento do enrolamento e da permeabilidade do núcleo. • L = m N2 A / l • Mede-se indutância mútua, ou coeficiente de acoplamento entre 2 enrolamentos num transformador. Uma bobina se move em direção à outra, aumentando o acoplamento e o sinal na outra.

  32. Posição por sensores óticos. • Por transmissão de luz • Encoders determinam a posição através de um disco ou trilho marcado. • Relativos (incremental): posição demarcada por contagem de pulsos acumulados. • Absolutos: um código digital gravado no disco ou trilho é lido por um conjunto de sensores ópticos (fonte de luz e sensor).

  33. Posição por sensores óticos • A fonte de luz é geralmente o LED, e o sensor um fotodiodo ou fototransistor. • São muito precisos e práticos em sistemas digitais (encoder absoluto), e usam-se em robôs, máquinas-ferramenta e outros.

  34. Encoders incremental absoluto Vantagens: alta resolução; sem contatos mecânicos; alta repetibilidade. Desvantagens: frágil; necessita de circuitos para contar os pulsos; caro. Posição por sensores de luz

  35. Posição absoluta

  36. Encoder magnético (relativo)

  37. Encoder ótico (relativo)

  38. Diferença de quadratura

  39. Entendendo melhor Rotação clockwise 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 Rotação counter-clockwise

  40. Entendendo melhor Posição atual 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 -1 +1

  41. Entendendo melhor 0 = sem mudança -1 = decrementa contador +1 = incrementa contador n = operação ilegal 01 = encoder A é 0 e B é 1

  42. LVDT (Linear Variable Differencial Transformers) Vantagens: alta resolução; boa sensibilidade. Desvantagens: necessita de freqüente calibração; caro; condicionamento do sinal é caro. Sensores de posição e orientação

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