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Robótica 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

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
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
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
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
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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