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Www.verlab.dcc.ufmg.br Sensores para robótica Guilherme Augusto Silva Pereira Outubro de 2000.

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1 Sensores para robótica Guilherme Augusto Silva Pereira Outubro de 2000

2 Percepção Ação Robótica Percepção

3 Eletrônica Básica

4 F Resistor wResistores Variáveis: Ü Potenciômetro; Ü LDR; Ü Strain-Gage. R R v i + - v i 1/R = G

5 Eletrônica Básica F Indutor F Capacitor v i L C v i

6 Eletrônica Básica F Associações wResistores wIndutores wCapacitores SérieParalelo Z1Z1 Z2Z2 Z2Z2 Z2Z2

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

8 Eletrônica Básica F Transistor F Amplificador Operacional ibib icic ieie + - v ce icic ieie ibib ioio v cc i1i1 i2i2

9 Eletrônica Básica F Amplificador Inversor R2R2 v cc + - R1R1 vivi vovo

10 Eletrônica Básica F Leis de Kirchhoff wA soma das correntes que entram em um nó é igual a soma das correntes que saem deste nó. i1i1 i2i2 i3i3 i4i4

11 Eletrônica Básica F Leis de Kirchhoff wA soma das tensões ao longo de qualquer percurso fechado é zero v1v1 v2v2 R1R1 D R2R2 C + -

12 Análise em Freqüência

13 Representação dos Sinais F Representação por série de Fourier:

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

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

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

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

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

19 Amostragem t(s) T f(t)

20 Amostragem f(hz)fofo -f o f(hz)fofo -f o 1/T2/T

21 Amostragem F 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. F Corolário: A freqüência de amostragem deve ser maior que duas vezes a maior freqüência do sinal.

22 Amostragem F Aliasing f(hz)fofo -f o f1f1 -f 1 f(hz)fofo -f o f1f1 -f 1 1/T

23 Caracterização dos Sensores

24 Classificação dos Sensores F Passivos x Ativos wEx.: ÜChaves; ÜResistores Variáveis; ÜCélula Fotoelétrica; ÜCristal Piezoelétrico. Sensor entradasaída Energia Auxiliar

25 Classificação dos Sensores F Analógicos x Digitais wEx.: ÜChaves; ÜPotenciômetro; ÜEncoder. F Absolutos x Incrementais wEx.: ÜPotenciômetro; ÜServo como sensor.

26 Especificação do Desempenho F Exatidão x Precisão bias

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

28 Características Estáticas F Resolução F Limiar V(v) Res=2 rad V(v) 10

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

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

31 Tipos de Sensores

32 Funções dos Sensores F Cinemáticos wposição worientação wvelocidade waceleração wproximidade F Dinâmicos wconjugado wforça wtato F Outros wpresença wsom wluz wtemperatura wtensão wcorrente

33 Sensores de posição e orientação F Potenciômetro wRevolução wLinear F Vantagens: w barato; w simples; w absoluto; w robusto. F Desvantagens: wpouco exato; wbaixa resolução; wimpõe carga ao sistema.

34 Sensores de posição e orientação F Encoders wincremental wabsoluto F Vantagens: walta resolução; wsem contatos mecânicos; walta repetibilidade. F Desvantagens: wfrágil; wnecessita de circuitos para contar os pulsos; wcaro.

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38 Sensores de posição e orientação F LVDT (Linear Variable Differencial Transformers) F Vantagens: walta resolução; wboa sensibilidade. F Desvantagens: wnecessita de freqüente calibração; w caro; w condicionamento do sinal é caro.

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40 Sensores de posição e orientação F Bússola F Vantagens: wabsoluto; wdigital; F Desvantagens: wapresenta problemas em ambientes internos; wpouco preciso.

41 Sensores de posição e orientação F GPS e (GPS diferencial) F Vantagens: wabsoluto; F Desvantagens: wcaro; wpouco preciso Ü militar - 22 metros precisão horizontal e 27.7 metros precisão vertical; Ü civil metros e 156 metros.

42 Sensores de velocidade F Tacômetro F Vantagens: wrobusto; wanalógico; F Desvantagens: wmanutenção cara; wpesado; wproduz muito ruído.

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44 Sensores de velocidade F Encoders: F Usando FVC: wruído pequeno; watraso de tempo; wtransformação de digital para analógico. F Usando software: wfácil de construir em computadores digitais; watraso de tempo; wmuito ruidoso.

45 Sensores de velocidade F Giroscópios ou girômetros.

46 Sensores de Aceleração F Acelerômetros wmuito ruidoso; wúteis para medição de derrapagem.

47 Sensores de Proximidade F Óticos wSimples; wBarato; wmuito bom detetor de presença (on-off); wNão é robusto com respeito à iluminação ambiente; wCalibração depende da textura. icic ieie + - v ce Lente Fonte de luz Detector

48 Sensores de Proximidade F Ultra-som wAplicação de pulsos de 40 a 60kHz por 1 msec. wPrecisão de 1 % do valor máximo. wÂngulo de 30 graus que causa reflexões indesejadas.

49 Sensores de Proximidade F Capacitivos F Resistivos F Indutivos

50 Conjugado e Força F Strain-Gages

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

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