Sensores para robótica

Apresentação em tema: "Sensores para robótica"— Transcrição da apresentação:

1 Sensores para robótica
Guilherme Augusto Silva Pereira Outubro de 2000

2 Percepção Percepção Robótica Ação

3 Eletrônica Básica

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

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

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

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

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

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

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

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

12 Análise em Freqüência

13 Representação dos Sinais
Representação por série de Fourier:

14 Representação dos Sinais
1 T -T f(t) t w wo 3wo 5wo 7wo 1/2 |F(w)|

15 Filtros Filtro x(t) y(t) w 1 wc

16 Filtros w Rejeita Tudo Passa-Baixas Passa-Altas Passa-Faixa
Rejeita-Faixa

17 x Filtros = PB G(w) w wo 3wo 5wo 7wo 1/2 |F(w)| w wo 3wo 5wo 7wo
f(t) t f1(t) 1 T -T t PB G(w) w wo 3wo 5wo 7wo 1/2 |F(w)| w wo 3wo 5wo 7wo |G(w)| 1 x = w wo 3wo 5wo 7wo 1/2 |F1(w)|

18 x Filtros = PA G(w) w wo 3wo 5wo 7wo 1/2 |F(w)| |G(w)| 1 wo 3wo 5wo
f(t) t 1/2 T -T f1(t) t -1/2 PA G(w) w wo 3wo 5wo 7wo 1/2 |F(w)| |G(w)| x 1 wo 3wo 5wo 7wo w = w wo 3wo 5wo 7wo 1/2 |F1(w)|

19 Amostragem f(t) T t(s)

20 Amostragem f(hz) fo -fo f(hz) fo -fo 1/T 2/T

21 Amostragem Teorema da amostragem: Se a transformada de Fourier de uma função é nula para |w|>2f rad/s, esta função é unicamente determinada por suas amostras obtidas em intervalos regulares menores que 1/(2f )s. Corolário: A freqüência de amostragem deve ser maior que duas vezes a maior freqüência do sinal.

22 Amostragem Aliasing f(hz) fo -fo f1 -f1 f(hz) fo -fo f1 -f1 1/T

23 Caracterização dos Sensores

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

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

26 Especificação do Desempenho
Exatidão x Precisão bias

27 Características Estáticas
Linearidade Sensibilidade Range Histerese V(v) x y

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

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

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

31 Tipos de Sensores

32 Funções dos Sensores Cinemáticos Outros Dinâmicos posição orientação
velocidade aceleração proximidade Dinâmicos conjugado força tato Outros presença som luz temperatura tensão corrente

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

34 Sensores de posição e orientação
Encoders incremental absoluto Vantagens: alta resolução; sem contatos mecânicos; alta repetibilidade. Desvantagens: frágil; necessita de circuitos para contar os pulsos; caro.

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

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40 Sensores de posição e orientação
Bússola Vantagens: absoluto; digital; Desvantagens: apresenta problemas em ambientes internos; pouco preciso.

41 Sensores de posição e orientação
GPS e (GPS diferencial) Vantagens: absoluto; Desvantagens: caro; pouco preciso militar - 22 metros precisão horizontal e metros precisão vertical; civil metros e 156 metros.

42 Sensores de velocidade
Tacômetro Vantagens: robusto; analógico; Desvantagens: manutenção cara; pesado; produz muito ruído.

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44 Sensores de velocidade
Encoders: Usando FVC: ruído pequeno; atraso de tempo; transformação de digital para analógico. Usando software: fácil de construir em computadores digitais; atraso de tempo; muito ruidoso.

45 Sensores de velocidade
Giroscópios ou girômetros.

46 Sensores de Aceleração
Acelerômetros muito ruidoso; úteis para medição de derrapagem.

47 Sensores de Proximidade
Óticos Simples; Barato; muito bom detetor de presença (on-off); Não é robusto com respeito à iluminação ambiente; Calibração depende da textura. ic ie + - vce Lente Fonte de luz Detector

48 Sensores de Proximidade
Ultra-som Aplicação de pulsos de 40 a 60kHz por 1 msec. Precisão de 1 % do valor máximo. Ângulo de 30 graus que causa reflexões indesejadas.

49 Sensores de Proximidade
Capacitivos Resistivos Indutivos

50 Conjugado e Força Strain-Gages

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52 Tato Requerem contato físico entre o sensor e o objeto.
Podem ser construídos com chaves ou com dispositivos mais elaborados.

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