Sensores

Curso de Verano
Diseño y construcción de un micro-robot micromicro-robot

Sensores para micro-robots
José Manuel Pastor García

Contenido
Introducción Tecnologías y tipos de sensores Sensores de presencia Sensores de distancia Sensores de posición Aplicaciones

Introducción
Objetivos:
• Control del movimiento • Detección del entorno
Obstáculos Marcas Otros robots

• SeguridadTipos de robots
Base fija: Articulados Móviles con patas:
• Una pata • Mamíferos:
Bípedos Cuatro patas

¿Cómo se controla su movimiento?

• Reptiles • Insectos

Móviles con ruedas
• • • • Dos ruedas Tres ruedas Cuatro ruedas + ruedas, orugas …

Competiciones de Micro-Robots Micro-Robots
Sumo Rastreadores Velocidad Laberinto Bomberos Fútbol Prueba libre

¿Cuál será su característicamás importante? ¿Qué percepción necesitan?

¿Qué es percepción?
Captar información Sensor
• Un elemento eléctrico/mecánico/químico capaz de convertir una característica del entorno en una medida cuantitativa

Cada sensor se basa en un principio de transducción: conversión de la energía de una forma a otra

Sentidos y órganos humanos
Visión: ojos (óptico, luz) Oído: oídos (acústico, sonido)Tacto: piel (mecánico, calor, textura, ...) Olor: nariz (química, vapores) Gusto: lengua (química, líquidos)

Extensión del rango de percepción humano
Visión fuera del espectro visible
• Cámara de Infrarrojos, visión nocturna

Visión activa
• Medición con radar, sonar, láser, ...

Sonidos fuera del rango de los 20 Hz – 20 kHz
• Medición con ultrasonidos

Análisis químicos quesustituyan el gusto o el olfato
• Nariz electrónica

Radiación: α, β, γ-rays, neutrones, etc.

Transducción a magnitud eléctrica
Termistor: temperatura-resistencia Electroquímica: química-tensión Fotoeléctrica: intensidad de luz-corriente Piro-eléctrica: radiación térmica-tensión Humedad: humedad-capacitancia Longitud (LVDT: Linear variable differential transformers): posición-inductancia Micrófono:presión del sonido-tensión

Fusión e Integración Sensorial
Hombre: un órgano
• No necesariamente
Balance: orejas Tacto: lengua Temperatura: piel

un sentido?

Robot:
• Fusión Sensorial:
Combina lecturas de distintos sensores en una estructura de datos uniforme

• Integración Sensorial:
Usa la información de distintos snesores para hacer algo útil

Fusión sensorial
Un sensor no essuficiente habitualmente
• • • • Los sensores proporcionan medidas con ruido La precisión esta limitada No son totalmente fiables La información que proporcionan del entorno es limitada e incompleta, único punto de vista • La elección de un sensor puede resultar más cara que la combinación de dos o más sensores más baratos

Procesamiento
Sensor Sensor Sensor Preprocesado Preprocesado FusiónPreprocesado Interpretación

Sensor Detección

Preprocesado Percepción

Preprocesado
Coloquialmente - ‘limpieza’ de las lecturas del sensor antes de usarlas
• Reducción del ruido - filtrado • Re-calibración • Operaciones básicas - ej. detección de bordes en visión • Suele ser único para cada sensor • Transforma la representación de los datos • En ocasiones se realiza mediante unaelectrónica de acondicionamiento de señal

Fusión de datos sensoriales
Combina datos de diferentes fuentes
• Medidas de diferentes sensores • Medidas en diferentes posiciones • Medidas en diferentes momentos

Suele usar técnicas matemáticas que tienen en cuenta la incertidumbre en la fuente de los datos
• Métodos Bayesianos discretos • Redes de Neuronas • Filtro de Kalman

Produce un conjunto dedatos mezclados (como si se tratara de un ‘sensor virtual’)

Interpretación
Específica de cada tarea Habitualmente utiliza información a-priori del problema para encontrar una mejor solución “Tricky“

Clasificaciones
Estado interno (proprioception) v.s. Estado externo (exteroceptive)
• Realimentación de parámetros internos del robot, ej. nivel de baterías, posición, velocidad, ángulos...