Rob

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Robótica Inteligente

• Tema 3 Sensores y Actuadores
• L. Enrique Sucar
• Marco López
• ITESM Cuernavaca

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Sensores

• Introducción
• Tipos cantidad física
• Luz
• Fuerza
• Sonido
• Posición y orientación
• Tipos función
• Proximidad y rango
• Tactil
• Estado interno

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Introducción

• Los sensores permiten al robot percibir su medio
  ambiente y su estado interno
• Dos tipos básicos
• Sensores de estado interno
• Sensores de estado externo
• Desde otro punto de vista se pueden clasificar
  en
• Activos emiten energía o modifican el ambiente
• Pasivos reciben energía pasivamente

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Consideraciones generales

• Campo de vista
• Rango de operación
• Exactitud y resolución
• Velocidad (operación en tiempo real)
• Requerimientos computacionales
• Potencia, peso y tamaño
• Robustez (redundancia)

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Sensitividad

• Grado de cambio de la señal de salida del sensor
  en función del cambio de la señal física medida
• Dr / r S Dx / x
• r señal del sensor
• x cantidad medida
• S sensitividad

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Rango
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Sensores de Luz

• Perciben la luz, ya sea en el rango visible o en
  el infrarrojo
• Tipos
• Fotoceldas
• Fotoresistencias
• Fototransisitores
• Fotodiodos
• Laser
• Cámasras

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Fotoresistencias
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Fototransistores
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Telémetro laser

• Emite energía laser en una secuencia de impulsos
  cortos
• Se mide el tiempo en que tarda en regresar la luz
  reflejada por el objeto
• Se calcula la distania al objeto
• Ejemplo láser Sick
• 360 lecturas cada ½ grado 180 grados
• Cada 1/10 de segundo
• Alcance de 50m con resolución de 5cm

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Cámaras

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

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Sensores de fuerza

• Micro-interruptores
• bigotes
• Acelerómetros
• Sensores de curvatura

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Sonidos

• Micrófonos trabajan con frecuencias audibles
• Sensor de pelicula 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

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Sensores de posición y orientación

• Odometría
• Encoders
• Incrementales / absolutos
• Navegación inercial
• Giroscopios
• Inclinación
• Acelerómetros
• Brújula

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Sensores de proximidad

• Permiten inferir la distancia a objetos en el
• ambiente
• Cercanos
• Infrarojos
• Lejanos
• Sonares
• Laser

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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

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Infrarojos
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Infrarojos
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Infrarojos
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Infrarojos
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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

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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

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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

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Telémetro laser
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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

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Apuntador laser con cámara
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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

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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

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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

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Referencias

• Jones, Flynn Cap 5
• Dudek y Jenkin Cap 2
• H.R. Everett, Sensors for mobile robots, A K
  Peters, 1995.

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Actividades

• Analizar para tu proyecto cuáles sensores son los
  más adecuados y su ubicación entregar un
  reporte por equipo
• Termina de armar tu robot con los sensores (Lego
  o PPRK)