Sensores para robótica Guilherme Augusto Silva Pereira Outubro de 2000

Percepção Percepção Robótica Ação

Eletrônica Básica

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

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

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

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

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

Eletrônica Básica Amplificador Inversor R2 vcc + - R1 vi vo

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

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

Análise em Freqüência

Representação dos Sinais Representação por série de Fourier:

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

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

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

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)|

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)|

Amostragem f(t) T t(s)

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

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.

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

Caracterização dos Sensores

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

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

Especificação do Desempenho Exatidão x Precisão bias

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

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

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

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

Tipos de Sensores

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

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

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.

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.

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

Sensores de posição e orientação GPS e (GPS diferencial) Vantagens: absoluto; Desvantagens: caro; pouco preciso militar - 22 metros precisão horizontal e 27.7 metros precisão vertical; civil - 100 metros e 156 metros.

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

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.

Sensores de velocidade Giroscópios ou girômetros.

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

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

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.

Sensores de Proximidade Capacitivos Resistivos Indutivos

Conjugado e Força Strain-Gages

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