1 Índice: Sensores Introducción Clasificación de los sensores Sensores internos Posición y orientación Velocidad Aceleración Sensores externos Proximidad Fuerza-par Táctiles Visión artificial Tratamiento de imágenes Integración de sensores
2 Introducción (i) Los sensores son los dispositivos que permiten a un robot percibir su entorno. Un sensor es un transductor que convierte algún fenómeno físico en señales eléctricas que el micro-procesador del robot puede leer. La misma propiedad física puede medirse por varios sensores. En general son limitados e inexactos. La sensorización de un robot implica diversas disciplinas: Electrónica: Un sensor de colisión (detectar si pasa o no corriente) Procesamiento de señales: Un micrófono (separar la voz del ruido) Informática: Una cámara devuelve un imagen (reconocer los objetos que la forman) Un diseñador de robots generalmente no puede crear nuevos sensores. Nuestro trabajo consistirá en integrar los sensores existentes Esta integración debe hacerse sin perder de vista la tarea a realizar.
3 Introducción (ii) Algunas definiciones que debemos conocer: Sensibilidad: Es una medida del grado de variación de la señal enviada conforme el fenómeno medido ha cambiado. Precisión: Diferencia entre el valor real y el medido. Repetitividad: Diferencia entre sucesivas medidas de la misma entrada. Resolución: Incremento mínimo observable en la entrada. Rango: Diferencia entre el máximo y mínimo valor medible.
4 Clasificación de los sensores Vamos a clasificar los sensores en dos grandes grupos: Sensores internos: Nos da información sobre el propio robot. Posición y orientación Velocidad Aceleración Sensores externos: Nos da información sobre el entorno del robot. Proximidad Tacto Fuerza Visión Otra clasificación: Sensores pasivos: Miden señales del entorno. Sensores activos: Producen un estímulo y miden su interacción en el entorno. El sensor consta de un emisor y un receptor. Necesitan más energía y en general más complejidad.
5 Sensores internos (i) Posición y orientación Indican en que posición se encuentra un elemento del robot. Potenciómetros. Un contacto que se mueve sobre una espiral. Dan bajas prestaciones (mucho ruido, poca precisión, etc.) No se suelen usar salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia) Encoders (Codificadores angulares de posición) Diodo LED (emisor) más fototransistor (receptor) Miden el número de grados que gira algo (motor). Marcar el elemento que gira (p.e. haciendo agujeros a un disco) Resolución: número de agujeros Otra técnica: pintar sectores blancos y negros y medir reflexión Se obtiene una onda que puede procesarse ¿Cómo detectar el cambio de dirección?: dos canales. Ruido de los efectores (las ruedas patinan y deslizan) Resolvers y sincros
6 Sensores internos (ii) Funcionamiento de un codificador óptico incremental
7 Sensores internos (iii): usados normalmente en campo abierto Brújulas: proporcionan información absoluta sobre la orientación de un vehículo Una aguja imantada se alínea hacia el norte magnético Existen diversos tipos de brújulas Magnéticas Electrónicas (dispositivos de estado sólido) Inclinómetros: ayudan a determinar si el robot está inclinado. Giroscopios: determinan la velocidad de rotación y la distancia rotada. GPS (Global Positioning System) sistema de orientación/navegación desarrollado y administrado por el US DOD (Departament of Defense). La información enviada por al menos 4 satélites (señales codificadas), son procesadas por un receptor GPS para calcular su posición (3D), velocidad y tiempo. Principales usos: navegación aérea y marítima, seguridad vehículos terrestres.
8 Sensores internos (iv) Velocidad Miden la velocidad (generalmente angular) Eléctricos: Dinamo (Una bobina que gira perpendicularmente a un campo magnético) Se genera tensión proporcional a la velocidad de giro Varios nombres: tacogenerador, tacómetro, tacodinamo, etc Ópticos: Usan los sensores de posición, derivando para calcular la velocidad Aceleración Usan la inercia: un muelle que se estira Cada vez se usan más (uso clásico: aviones) La integral numérica es mucho más exacta que la derivada Problema de oscilación (falsas medidas)
9 Sensores externos (i) Proximidad Son usados para determinar la presencia de objetos cercanos. Existen muchos tipos: Ultrasonidos Magnéticos Inductivos Micro-ondas Ópticos Capacitivos
10 Sensores externos (ii) Ultrasonidos Uno de los sensores más utilizados en robots móviles. Sensor activo de reflexión (el emisor y el receptor se colocan juntos y detectan la reflexión de los objetos) Se emiten ultrasonidos (20-200 KHz) y se capta en un micrófono el reflejo. La diferencia entre ambas señales indica la distancia al objeto. Ultrasonidos viajan aprox. 35 cm/ms. Propiedades estándar: Rango de 10 m (aprox.) 30 grados de amplitud Devuelven distancia al objeto más próximo Combinables en arrays con desfases entre ellos (más precisos)
11 Sensores externos (iii) Desventajas: La posición real del objeto es desconocida (cualquier posición del cono a distancia d). Cuanto menor sea el ángulo, mayor es la probabilidad de perderse y producir falsas medidas de gran longitud. Cuanto mayor es el ángulo, más probabilidad de que se detecte un objeto no deseado. Las superficies pulidas agravan el problema (las rugosas producen reflejos que llegan antes). En resumen: las medidas de objetos lejanos pueden ser muy erróneas. Ejemplo: un robot que se acerca a una pared con muy poco ángulo puede “no verla”. ¿Qué ocurre cuando varios robots usan ultrasonidos?.
12 Sensores externos (iv) Ópticos Muy utilizados en aplicaciones industriales Sensor activo de reflexión (existen tambien de barrera, pero estos no pueden ser considerados de proximidad) Se emite luz y se captan los rebotes mediante fotodiodos o fototransistores (las fotoresistencias son más lentas) Se utilizan para: Detectar la presencia de objetos Medir la distancia a los objetos Detección de características: encontrar una marca, seguir una línea, etc. Lectura de códigos de barras Existen distintos tipos de sensores, en función del tipo de luz con la que trabaja: Luz en el espectro visible Infrarrojos Láser
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