Robótica inteligente. Sensores (página 2)

Partes: 1, 2

Cámaras
Tipos de luz:
Visible
Infrarroja
Cámaras:
Manocromáticas / color
Analógicas / digitales
Pasivos / activos (puntos, línea láser)

Sensores de fuerza
Micro-interruptores
“bigotes”
Acelerómetros
Sensores de curvatura

Sonidos
Micrófonos – trabajan con frecuencias audibles
Sensor de película 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 posición y orientación
Odometría
Encoders
Incrementales / absolutos
Navegación inercial
Giroscopios
Inclinación
Acelerómetros
Brújula

Tipos – función:
SubProximidad y rangoTáctilEstado interno

Sensores de proximidad
Permiten inferir la distancia a objetos en el
ambiente:
Cercanos:
Infrarrojos
Lejanos
Sonares
Láser

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

Infrarojos

Infrarojos

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
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

Arreglos de Sonares

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

Telémetro laser

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 cámara

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 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
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

Modelo del Sensor
El modelo de un sensor provee una relación matemática entre la propiedad de interés (e) y la lectura del sensor (r)
r = f (e)
El modelo debe incluir la relación del dispositivo físico y el ruido debido al sensor mismo (interno) y al medio ambiente (externo)

Modelo del Sensor
r
e
ruido

Referencias
[Jones, Flynn] – Cap 5
[Dudek y Jenkin] – Cap 2
H.R. Everett, “Sensors for mobile robots”, A K Peters, 1995.

Actividades
Hacer prácticas de sensores en el laboratorio virtual
Seleccionar categoría:
Rescate (lego)
Pirámide (abierta)
Laberinto (abierta)
Seleccionar plataforma:
Lego
Híbrida (Lego + PDA)