introducción a la robótica móvil - part 2/4
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SEcond part of a spanish intro pre-grad. course of Mobile Robotics. en esta parte tratase de: robot terrestres, tipos de tracción; sensores que se utiliza, tipos, encoders, giroscopios, ultrasonido, infrarojos, de inercia; Fuente de Erros (asociadas con los sensores) - Material de 2009 (Carreta de Ingenieria Eléctrica - Pontificia Universidad Católica de Valparaiso - Chile - 2009).TRANSCRIPT
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Introducción a la Robótica Móvil
Prof. Dr.Eng. Fernando Passold
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2IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica MóóvilvilSumario
1. Tipos de RobotsDiferencia robot manipulador x Robot Móvil;Características do robot móvil;
2. Aplicaciones de robots móviles
3. Robots móviles terrestresTipos de tracción para robots móviles
terrestres;
4. SensoresTipos de Sensores;Fuentes de Errores
5. Integración (o Fusión) SensorialDefiniciónFormas de Integración SensorialEnfoques para Integración SensorialOtros métodosProyecto de los Sensores utilizadosEspecificación Lógica de SensoresModelaje de los Sensores
6. Modelaje del EntornoDefiniciónUso de landmarksDescomposición geométrica del entornoFusión geométrica o "map building"Formas de modelaje del entorno
7. Arquitecturas de Robots MóvilesReactivasPor planeamiento (Deliberativas)Basado en ComportamientoDescomposición Funcional del Sistema de
ControlActividades del Control por
ComportamientoArquitecturas híbridasEjemplos de Arquitecturas de Controle
8. Tendencias Futuras:
BibliografíaBibliografía Recomendada Codec MPEG4:
MPEG2 Video Decoder:
QuickTime
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3IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica MóóvilvilBibliografía recomendada
[Torres, 2002] Torres, Ferando; Pomares, Jorge; Gil, Pablo; Puente, Santiago T.; Aracil, Rafael; Robots y Sistemas Sensoriales, PearsonEducación, Madrid, p. 480, 2002.
[Siegwart, 2004] Siegwart, Roland and Nourbakshsh; Introduction to AutonomousMobile Robots, Bradford Books/The MIT Press, Massachusetts, p. 321, 2004. http://www.mobilerobots.org
[Thurn, 2006] Thurn, Sebastian; Burgard, Wolfram; Fox, Dieter; ProbabilisticRobotics, The MIT Press, Massachusetts, p. 647, 2006.
[Murphy, 2000] Murphy, Robin R.; Introduction to AI Robotics; Bradford Books/The MIT Press, Massachusetts, p. 466, 2000
[Siciliano, 2008] Siciliano, Bruno; Khatib, Oussama (eds.), Springer Handbook ofRobotics, Springer, p. 1591, 2008.
[Borenstein, 1996] J. Borenstein, J.; Everett, H. R., and Feng, L., Where am I? -Systems and Methods for Mobile Robot Positioning, p. 282, 1996.http://www-personal.umich.edu/~johannb/position.htmhttp://www-personal.umich.edu/~johannb/shared/pos96rep.pdf (12,5 Mb -Disponible en May/2009)
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4IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestres
• Robots terrestres mas comunes:
1) Con tracción diferencial;2) Con estructura de triciclo;3) Disposición syncro-drive:
todas las rodas giran y todas con propulsión.
4) Con “patas”.
Rueda + motor 1
Rueda + motor 2
Parachoques
Parachoques
Rueda livre
Rueda livre
Centro geométrico
Rueda
Encoder
Khepera: ∅ 60 mm(http://www.k-team.com/ )
Suiza (desde 98 –actual: versión III)
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5IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestres
• Robots terrestres mas comunes:
1) Con tracción diferencial;2) Con estructura de triciclo;3) Disposición syncro-drive:
todas las rodas giran y todas con propulsión.
4) Con “patas”.Khepera: ∅ 60 mm
(http://www.k-team.com/ )Suiza (desde 98 –actual: versión III)
Rueda + motor 1
Rueda + motor 2
Parachoques
Parachoques
Rueda livre
Rueda livre
Centro geométrico
Rueda
Encoder
Rueda + motor 1
Rueda + motor 2
Parachoques
Parachoques
Rueda livre
Rueda livre
Centro geométrico
Rueda
Encoder
XR
YR
x
θ
xyθ
⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠y
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6IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestres
Ejemplos de robots con tracción diferencial:• en agricultura;• exploración espacial;
• por oruga
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7IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. 3. RobotsRobots terrestresterrestres
θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos. Mas común: θ1 en el caso de rueda con propulsor acoplado.θ2 tiene relación con ángulo de orientación del robot (en relación a su centro de masa).
θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos. Mas común: θ1 en el caso de rueda con propulsor acoplado.θ2 tiene relación con ángulo de orientación del robot (en relación a su centro de masa).
θ1
θ2
yc
xc
Ruedas pasiv
as
Rueda rotacional con
propulsor
xy
• Robots terrestres mas comunes:1) Con tracción diferencial;2) Con estructura de
triciclo;3) Disposición syncro-drive:
todas las rodas rotan y todas con propulsión.
4) Con “patas”.
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8IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. 3. RobotsRobots terrestresterrestresθ1
θ2
yc
xc
Ruedas pasiv
as
Rueda rotacional con
propulsor
xy
• Robots terrestres mas comunes:
1) Con tracción diferencial;2) Con estructura de
triciclo;3) Disposición syncro-drive:
todas las ruedas rotan y todas trasladan.
4) Con “patas”. θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos. Mas común: θ1 en el caso de rueda con propulsor acoplado.θ2 tiene relación con ángulo de orientación del robot (en relación a su centro de masa).
θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos. Mas común: θ1 en el caso de rueda con propulsor acoplado.θ2 tiene relación con ángulo de orientación del robot (en relación a su centro de masa).
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9IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestres
xc
yc
x0
y0
xR
yR
θ
ϕ
• Robots terrestres mas comunes:
1) Con tracción diferencial;2) Con estructura de triciclo;3) Disposición syncro-
drive: todas las rodas rotan y todas con propulsión.
4) Con “patas”.
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10IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestres
• Robots terrestres mas comunes:
1) Con tracción diferencial;2) Con estructura de triciclo;3) Disposición syncro-
drive: todas las rodas rotan y todas con propulsión.
4) Con “patas”.
xc
yc
x0
y0
xR
yR
θ
ϕ
xc
yc
x0
y0
xR
yR
θ
ϕ
A pesar del robot poder se mover para cualquiera
dirección, NO puede controlar la orientación de su chasis.
LEGO_Synchro_drive_robot.mp4
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11IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestres
Tipos de tracción para robots móviles terrestres
• por oruga • en agricultura;• exploración espacial;
♦ con patas: aplicaciones limitadas: dinámica complexa para velocidades de desplazamiento altas, desafío para la área de control clásico.
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12IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestres
Tipos de tracción para robots móviles terrestres♦ con patas: aplicaciones limitadas: dinámica complexa para velocidades de
desplazamiento altas, desafío para la área de control clásico.
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13IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestres
Tipos de tracción para robots móviles terrestres♦ con ruedas: y Holonómicos.
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14IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestresTipos de tracción para robots móviles terrestres
Omni directional wheels
Omni_directional_wheels.mp4MVRT_Drivetrains_training.mp4interroller_-_3_servos_und_3_omniwheels.mp4Lego_Mindstorms_NXT_holonomic_wheel_or_omniwheel.mp4KILO__Lego_NXT_holonomic_robot.mp4Lego_Killough_Platform.mp4
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15IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. 3. RobotsRobots terrestresterrestres
Tipos de tracción para robots móviles terrestres
♦ robots trepadores: aplicaciones como: limpiar cristales en rascacielos, pintura de barcos, mantenimiento de puentes, mantenimiento de turbinas eléctricas, etc...Usan:- ventosas (Obs1);- electroimán;- garras (típico en construcción civil, inspección de estructuras metálicas);
Obs1: Sistema demasiado lento. El mayor problema no es el control de los movimientos (secuencia de desplazamiento) PERO garantizar adherencia.
Obs2: mueve 1 garra por vez para ahorrar batería (aumentar su autonomía). Uso de procesamiento de imagen, generalmente realizado “off-board” para aumentar la autonomia del robot.
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16IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
Internos: de desplazamiento del robot.
Externos: para localización del robot (medidas de distancias).
4. Sensores4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:
Propioceptivos Exteroceptivos
CodificadoresAngulares(encoders)
Posición deun elemento
terminal
Encoder + Sensor de proximidad
Posición deun objeto
Camera (sensor CCD) + medidor láser
Mapa 3DTipos deSensores
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17IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:1) Internos ⇒ sensores de movimiento del propio robot;
permite saber como avanza el robot y,como está sendo realizado el avanzó.
2) Medida de distancias ⇒ para localizar (ubicar) el robot;Para construir un modelo do mundo exterior.
3) Localização relativa à marcas ⇒ localización de marcas (“landsmarks”);confirma la localización del robot.
Principal problema ⇒ INCERTEZA cuanto a localización del robot.Levar en cuenta errores de ls propios sensores, derrapes de las ruedas, etc... Note que estos errores son acumulativos!
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18IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:Sensores de movimiento del robot:1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
I
A
B
1 2 3 4
Note: la observación de la diferencia de desfase (puntos 1, 2, 3 y 4) entre los impulsos de salida A y B puede ser utilizado para determinar la dirección de la rotación (ante-horario o horario).La ranura mas externa del disco (Index) genera un impulso a cada rotación completa del mismo.
Valores típicos: 2540 rayas en un disco de 5 cm de ∅
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19IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:
Ejemplo de uso:Robot gadget: http://www.wizard.org/gadget.html
Sensores de movimiento del robot:1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
I
A
B
1 2 3 4
Valores típicos: 2540 rayas en un disco de 5 cm de ∅
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20IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:Sensores de movimiento del robot:1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
I
A
B
1 2 3 4
Valores típicos: 2540 rayas en un disco de 5 cm de ∅
O uso de odómetros para estimar la posición de un robot en función del tiempo es conocido como “dead-reckoning”
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21IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:Sensores de movimiento del robot:1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
El uso de odómetros para estimar la posición de un robot en función del tiempo es conocido como “dead-reckoning”.Dead Reckoning (RD) se refiere a el proceso de estimación de la posición actual sobre la base de una posición previamente determinada, o fijar, y reflejar el avance con base a esa posición conocida, o se refiere a la estimación de las velocidades respecto a un tiempo transcurrido, y el curso. Si bien los métodos tradicionales de estimación ya no se considera primordial para la mayoría de las aplicaciones, los sistemas modernos de navegación inercial, que también dependen de estimación, aún se utilizan ampliamente.
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22IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:Sensores de movimento do robô:1) Odômetros: nas rodas → encoders relativos:
I
A
B
1 2 3 4
Exemplos práticos:
Fonte: http://www.amsky.com/atm/accessories/mouse/mouse.htmlPara saber como funciona um mouse: http://computer.howstuffworks.com/mouse2.htm
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23IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:Sensores de movimiento do robot:1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
I
A
B
1 2 3 4
Problemas: elipsoides de error crecientes:
Posicióninicial
Trayectoria estimada por
el robot
Elipsoides de errores por incertidumbres
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24IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de movimiento del robot:1) Odómetros: en las ruedas → encoders absolutos ópticos:
Led Difusor deexpansión
Lentescolimadoras
Lentescilíndricas
Disco deMúltiplas rayas( código Gray)
Array de foto-detectores
Ejemplo:
Disco de Gray de 8 bits:28 = 256 rayas ⇒ 360o/256 = 1,4 o/raya.Note: apenas 1 bit varia entre rayas del disco!
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25IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de movimiento del robot:1) Odómetros: en las ruedas → encoders.2) Inclinómetros.3) “Brújulas” digitales → desvíos grandes, sufren influencia de campos magnéticos.
No muy utilizados. Circuitos magnéticos, emplean sensores por efecto hall.4) Giroscopio mecánico → mide variaciones de posicionamiento (problemas con desvíos
horarios: error aumenta con pasar del tempo).
Pivô interno
Pivô externo
roda
Pivô internomancal
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26IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de movimiento del robot:1) Odómetros: en las ruedas → encoders.2) Inclinómetros.3) “Brújulas” digitales → desvíos grandes, sufren influencia de campos magnéticos.
No muy utilizados. Circuitos magnéticos, emplean sensores por efecto hall.4) Giroscopio mecánico → mide variaciones de posicionamiento (problemas con desvíos
horarios: error aumenta con pasar del tempo).
Pivô externo
roda
Pivô internomancal
5) Giroscopios ópticos → uso de laser’scontrapuestos, mede-se el número de bandas causadas por el fenómeno físico conocido por “franjas de interferencia”.
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27IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de movimiento del robot:1) Odómetros: en las ruedas → encoders.2) Inclinómetros.3) “Brújulas” digitales → desvíos grandes, sufren influencia de campos magnéticos.
No muy utilizados. Circuitos magnéticos, emplean sensores por efecto hall.4) Giroscopio mecánico → mide variaciones de posicionamiento (problemas con desvíos
horarios: error aumenta con pasar del tempo).
Pivô externo
roda
Pivô internomancal
The HiTechnic Gyro Sensor contains a single-axis gyroscopic sensor that detects rotation and returns a value that represents the number of degrees per second of rotation, allowing the NXT to measure the additional dimension of rotation. The gyro sensor will let you accurately detect rotation for your NXT projects. The gyro sensor returns the number of degrees per second of rotation and also indicates the direction of rotation. Measure +/- 360° per second and build robots that can balance, swing, or perform other functions where measurement of rotation is essential.
HiTechnic Gyroscope forLego Mindstorms NXT
US$ 55,00
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28IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
v
Sensores de localización del robot:1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.
Principio: d = v ⋅ tDonde:d = distancia recorrida por la onda;v = velocidad de propagación de la onda;t = tiempo despendido.
“Time-of-flight active ranging”
RobotPunto del
sensor
padrón del feje
Eje de medición del sensor
Obs
tácu
lo
d
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29IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1.a) Sonares: por ultrasonido.
Principio:Donde:d = distancia recorrida por la onda;v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC)t = tempo despendido.
v
30o
Ultrasonido: onda sonora en el rango de 40KHz a 250KHz
15o
“Time-of-flight, sound”
PERO: la velocidad de la onda sonora cambia con la temperatura del aire!
2v td ⋅
=
v RTγ=Donde:γ = ratio de calor específico;R = constante del gas;T = temperatura en Kelvin.
20,05 273,16Celsiusv T= +
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35325
330
335
340
345
350
355
t (oCelcius)
v(m
/s)
[Siegwart, 2004]
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30IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1.a) Sonares: por ultrasonido.
Principio:Donde:d = distancia recorrida por la onda;v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC)t = tempo despendido.
“Time-of-flight, sound”
2v td ⋅
=
Devantech SRF05 – Specifications (www.acroname.com)
Frequency 40kHz
Max Range 4 meters
Min Range 3 centimeters
Input Trigger 10uSec minimum, TTL level pulse
Echo Pulse Positive TTL level signal, proportional to range Amplitud [dB]
SRF05 – US$ 29,50
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31IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1.a) Sonares: por ultrasonido.
Principio:Donde:d = distancia recorrida por la onda;v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC)t = tempo despendido.
“Time-of-flight, sound”
2v td ⋅
=
Amplitud [dB]
SRF05 – US$ 29,50
Devantech SRF05 – Specifications (www.acroname.com)
Frequency 40kHz
Max Range 4 meters
Min Range 3 centimeters
Input Trigger 10uSec minimum, TTL level pulse
Echo Pulse Positive TTL level signal, proportional to range
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32IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1.a) Sonares: por ultrasonido.
Principio:Donde:d = distancia recorrida por la onda;v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC)t = tempo despendido.
“Time-of-flight, sound”
2v td ⋅
=SRF08 – US$ 64,00
Amplitud [dB]
Devantech SRF08
Voltage 5v
Current 15mA Typ. 3mA Standby
Frequency 40KHz
Maximum Range 6 m
Minimum Range 3 cm
Max Analogue Gain Variable to 1025 in 32 steps
Connection Standard IIC Bus
Light Sensor Front facing light sensor
Timing Fully timed echo, freeing host computer of task
Echo Multiple echo - keeps looking after first echo
Units Range reported n uS, mm or inches
Weight 0.4 oz.
Size 43mm w x 20mm d x 17mm h
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33IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
“Time-of-flight, sound”
Sensores de localización del robot:1.a) Sonares:
por ultrasonido.
RangeSensor Communication
Minimum Maximum
SRF02 I2C / Serial 15 cm 6 m 45° One 70 ms A
SRF04 Digital 3 cm 3 m 45° One 100 µs - 36 ms
SRF05 Digital 3 cm 4 m 45° One 100 µs - 36 ms
SRF08 I2C 3 cm 6 m 45° 17 65 ms B C
SRF10 I2C 3 cm 6 m 60° One 65 ms A B
SRF235 I2C 10 cm 1.2 m 15° One 10 ms A D
Angle* Echoes** Ranging Time Notes
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34IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1.a) Sonares: por ultrasonido.
Principio:Donde:d = distancia recorrida por la onda;v = velocidad de propagación de la onda (vSom=0,343m/ms, vLuz=0,3m/ns)t = tempo despendido.
v
30o
Ultrasonido: onda sonora en el rango de 40KHz a 250KHz
15o
“Time-of-flight, sound”
2v td ⋅
=
Baratos: tan empleados cuanto los encoders relativos.Detalle: la ganancia del sinal que retorna aumenta a medida que aumenta el tempo (porque a la
medida que aumenta la distancia, el sinal de retorno se queda + débil).Ultrasonido: Alcance máximo típico: 10 cm a 10 m.
de 20 à 150 mediciones/segundo.resolución: 0.08 cm a 1,0 cm ( frec., resolución, $$$ )
RobotPunto del
sensor
padrón del feje
Eje de medición del sensor
Obs
tácu
lo
d
RobotPunto del
sensor
padrón del feje
Eje de medición del sensor
Obs
tácu
lo
d
![Page 35: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/35.jpg)
35IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localização do robô:1.a) Sonares: por ultrasonido.
Principio:
Baratos: tan utilizados cuanto los encoders.Detalle: la ganancia del sinal que retorna
aumenta a medida que aumenta el tempo (porque a la medida que aumenta a distancia, el sinal de retorno se queda + débil).
Ultrason: Alcance máximo típico: 10 cm a 10 m.de 20 à 150 mediciones/segundo.resolución: 0.08 cm a 1,0 cm( ↑ frec., ↑ resolución, ↑ $$$ )Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15o
30o
Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz
15o
30o
Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz
15o
2v td ⋅
=
![Page 36: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/36.jpg)
36IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localização do robô:1.a) Sonares: por ultrasonido.
Principio:
Baratos: tan utilizados cuanto los encoders.Detalle: la ganancia del sinal que retorna
aumenta a medida que aumenta el tempo (porque a la medida que aumenta a distancia, el sinal de retorno se queda + débil).
Ultrason: Alcance máximo típico: 10 cm a 10 m.de 20 à 150 mediciones/segundo.resolución: 0.08 cm a 1,0 cm( ↑ frec., ↑ resolución, ↑ $$$ )Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15o
30o
Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz
15o
30o
Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz
15o
2v td ⋅
=
Robot Neptune, 1980
![Page 37: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/37.jpg)
37IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localização do robô:1.a) Sonares: por ultrasonido.
Principio:
Detalles: Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15º;
Para medir 3 metros 20 ms lo que limita la velocidad del escaneo: <= 50 Hz!Si el robot tiene 24 sensores, entonces el ciclo de barredura seria de 0,48 segundos lo que correspondería a una frecuencia de escaneo de 2,08 Hz para cada sensor.
PERO: para evitar problemas de reflejos múltiplos esta frecuencia de escaneo puede bajar.
30o
Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz
15o
30o
Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz
15o
2v td ⋅
=
![Page 38: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/38.jpg)
38IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localização do robô:1.a) Sonares: por ultrasonido.
Principio:
Baratos: tan utilizados cuanto los encoders.Detalle: la ganancia del sinal que retorna
aumenta a medida que aumenta el tempo (porque a la medida que aumenta a distancia, el sinal de retorno se queda + débil).
Ultrason: Alcance máximo típico: 10 cm a 10 m.de 20 à 150 mediciones/segundo.resolución: 0.08 cm a 1,0 cm( ↑ frec., ↑ resolución, ↑ $$$ )Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15o
30o
Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz
15o
30o
Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz
15o
2v td ⋅
=
![Page 39: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/39.jpg)
39IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1.b) Sonares: por infrarrojo.
Principio:Donde:d = distancia recorrida por la onda;v = velocidad de propagación de la onda (vLuz=0,3m/ns)t = tempo despendido.
v
30o
Ultrasonido: onda sonora en el rango de 40KHz a 250KHz
15o
“Time-of-flight, sound”
2v td ⋅
=
RobotPunto del
sensor
padrón del feje
Eje de medición del sensor
Obs
tácu
lo
d
![Page 40: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/40.jpg)
40IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1.a) Sonares: por ultrasonido1.b) Sonares: por infrarrojo.
“Time-of-flight active ranging”
3 problemas [Murphy, 2000]:
RobotPunto del
sensor
padrón del feje
Eje de medición del sensor
Obs
tácu
lo
d
Alcance retornado
θθ
a) “Reflejo adelantado”(foreshortening);
b) Reflexión especular c) Reflexión múltipla (cross-talk);
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41IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1) Sonares.2) Láser:
• exige electrónica de alta precisión;• Feje puntual (por esto se hace necesario muchos
fejes – uso de espejo motorizado);• Permiten medir entre mm hasta kilómetros;• + caros!• Permiten modelado en 3D.
Ejemplo de localización por láser:
λ
LimiteMede-se a defasaje entre onda emitida y reflejada.
θ
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42IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.2) Láser.3) De Inercia: IMU (“Inertial Measurement Unit”)
Un sistema de navegación inercial (INS) es una ayuda para la navegación que utiliza una computadora y sensores de movimiento (acelerómetros) para calcular continuamente a través de estimación de la posición, orientación, y la velocidad (dirección y velocidad de circulación) de un objeto en movimiento sin necesidad de referencias externas.
Detectan cambios en: Pitch, Roll, e Yaw.Otros términos utilizados para referirse a los sistemas de navegación inercial:
sistema de guiado inercial (inertial guidance system) y plataforma de referencia inercial (inertial reference platform).
Miden aceleraciones angulares (sensor mucho caro, debe ser de alta precisión)
inertial navigation systems
![Page 43: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/43.jpg)
43IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:Sensores de localización del robot:1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.2) Láser.3) De Inercia: IMU (“Inertial Measurement Unit”)
miden aceleraciones angulares (sensor mucho caro, debe ser de alta precisión)
![Page 44: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/44.jpg)
44IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. SensoresSensores de localización del robot:1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.2) Láser.3) De Inercia: IMU (“Inertial Measurement Unit”)
miden aceleraciones angulares (sensor mucho caro, debe ser de alta precisión)
Una importante desventaja de los IMUs es que por lo general sufren de errores acumulados. Debido a que el sistema de orientación está continuamente agregando cambios detectados en sus posiciones previamente calculadas (véase estimación), los errores en la medición, por pequeños que sean, se acumulan de un punto a otro. Esto lleva a una "deriva", o una cada vez mayor diferencia entre donde el sistema piensa que se encuentra, y la ubicación real.
Aerospace BlocksetMatlab/Simulink
![Page 45: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/45.jpg)
45IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores: Triangulación por RF:
Se usan emisores de radio-frecuencia:
Mede-se diferencias de potencias:
• baja precisión.
Sensores de localización del robot:1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.2) Láser.3) De Inercia.4) Por triangulación.
VehículoC
ATransmisor
maestre
BTransmisor esclavo
![Page 46: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/46.jpg)
46IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localización del robot:1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.2) Láser.3) De Inercia.4) Por triangulación.Usando GPS:
necesita al menos 4 satélites;Detalles: su altitud y precisión pueden ser controlada. Durante la guerra del Golfo Pérsico, la precisión bajo mucho (por cuestiones militares, EUA) <= 2000.
error en la faja de 16 à 100 metros (modo “alone”);Precisión aumenta mucho con el uso de GPS’s Diferenciales (1 fijo + 1 móvil):de 3m → 1cm.Ex.: Los puertos marítimos de Alemania poseen el GPS fijo; los barcos solo necesitan del otro GPS (móvil).error baja (filtros de Kalman) a medida que se realiza mas mediciones (mas esto demanda + tiempo de procesamiento además de poder de procesamiento).
![Page 47: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/47.jpg)
47IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
• Dificultades con la determinación de la propia localización del robot:
Roda
livre
x c
y c
x0
y0
xR
yR
θ
ϕ
Errores de odometria →(sin compensación)
Camino deseado →
4.2 Fuentes de Errores:
![Page 48: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/48.jpg)
48IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
• Dificultades con la determinación de la propia localización del robot:
Roda
livre
x c
y c
x0
y0
xR
yR
θ
ϕ
← Errores de odometriaCORRIGIDOS
4.2 Fuentes de Errores:
Errores de odometria →(sin compensación)
Camino deseado →
![Page 49: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/49.jpg)
49IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
4. Sensores4. Sensores
• Dificultades con la determinación de la propia localización del robot:
4.2 Fuentes de Errores:
Errores de odometria →(sin compensación)
Camino deseado →
TUTORIAL_RawLogViewer_2.flvMobile_Robot__ICP_SLAM___MCL.flvRef.: http://mrpt.sf.net/Institute of Automation (TU-Dresden)May 24, 2009openslam.org - A good collection of open source code and explanations of SLAM.
![Page 50: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/50.jpg)
50IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
Intervalo para prIntervalo para próóxima sesixima sesióónn
![Page 51: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/51.jpg)
IntroducciIntroduccióón a la n a la RobRobóótica Mtica Móóvilvil
Prof. Prof. Dr.EngDr.Eng.* Fernando .* Fernando PassoldPassold
*Dr. Eng: Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), Dept. Automatización de Sistemas (DAS), Florianópolis,
Brasil;Mr.Eng.: UFSC/Biomédica, Brasil
![Page 52: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/52.jpg)
52IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
θ
![Page 53: Introducción a la Robótica Móvil - part 2/4](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042507/55834d43d8b42aa3798b45ee/html5/thumbnails/53.jpg)
53IntroducciIntroduccióón a la Robn a la Robóótica Mtica Móóvilvil
3. Robots terrestres3. Robots terrestres
• Robots terrestres mas comunes:
1) Con tracción diferencial;2) Con estructura de triciclo;3) Disposición syncro-
drive: todas las rodas rotan y todas con propulsión.
4) Con “patas”.xc
yc
x0
y0
xR
yR
θ
ϕ
xc
yc
x0
y0
xR
yR
θ
ϕ