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Introducción a laRobótica MóvilProf. Dr.Eng. Fernando Passold
Introducción a la Robótica Móvil     Sumario                                                       6. Modelaje del Entorno...
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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).

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  1. 1. Introducción a laRobótica MóvilProf. Dr.Eng. Fernando Passold
  2. 2. Introducción a la Robótica Móvil Sumario 6. Modelaje del Entorno 1. Tipos de Robots Definición Diferencia robot manipulador x Robot Móvil; Uso de landmarks Características do robot móvil; Descomposición geométrica del entorno Fusión geométrica o "map building" 2. Aplicaciones de robots móviles Formas de modelaje del entorno 3. Robots móviles terrestres 7. Arquitecturas de Robots Móviles Tipos de tracción para robots móviles Reactivas terrestres; Por planeamiento (Deliberativas) Basado en Comportamiento 4. Sensores Descomposición Funcional del Sistema de Tipos de Sensores; Control Fuentes de Errores Actividades del Control por Comportamiento 5. Integración (o Fusión) Sensorial Arquitecturas híbridas Definición Ejemplos de Arquitecturas de Controle Formas de Integración Sensorial 8. Tendencias Futuras: Enfoques para Integración Sensorial Otros métodos Bibliografía Proyecto de los Sensores utilizados Codec MPEG4: Bibliografía Recomendada Quick Especificación Lógica de Sensores Modelaje de los Sensores Time MPEG2 Video Decoder:Introducción a la Robótica Móvil 2
  3. 3. Introducción a la Robótica Móvil Bibliografía recomendada [Torres, 2002] Torres, Ferando; Pomares, Jorge; Gil, Pablo; Puente, Santiago T.; Aracil, Rafael; Robots y Sistemas Sensoriales, Pearson Educación, Madrid, p. 480, 2002. [Siegwart, 2004] Siegwart, Roland and Nourbakshsh; Introduction to Autonomous Mobile Robots, Bradford Books/The MIT Press, Massachusetts, p. 321, 2004. http://www.mobilerobots.org [Thurn, 2006] Thurn, Sebastian; Burgard, Wolfram; Fox, Dieter; Probabilistic Robotics, 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 of Robotics, 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.htm http://www-personal.umich.edu/~johannb/shared/pos96rep.pdf (12,5 Mb - Disponible en May/2009)Introducción a la Robótica Móvil 3
  4. 4. Parachoques 3. Robots terrestres Rueda livre Rueda + motor 1 • Robots terrestres mas Rueda comunes: Encoder 1) Con tracción diferencial; Centro geométrico 2) Con estructura de triciclo; Rueda + motor 2 Rueda livre 3) Disposición syncro-drive: todas las rodas giran y todas con propulsión. Parachoques 4) Con “patas”. Khepera: ∅ 60 mm (http://www.k-team.com/ ) Suiza (desde 98 – actual: versión III)Introducción a la Robótica Móvil 4
  5. 5. Parachoques 3. Robots terrestres Rueda livre Rueda + motor 1 Rueda • Robots terrestres mas Centro Encoder geométrico comunes: Rueda + motor 2 Rueda livre 1) Con tracción diferencial; 2) Con estructura de triciclo; YR Parachoques 3) Disposición syncro-drive: ⎛ x⎞ ⎜ ⎟ todas las rodas giran y ⎜ y⎟ ⎜θ ⎟ todas con propulsión. y ⎝ ⎠ 4) Con “patas”. θ Khepera: ∅ 60 mm (http://www.k-team.com/ ) x XR Suiza (desde 98 – actual: versión III)Introducción a la Robótica Móvil 5
  6. 6. 3. Robots terrestres Ejemplos de robots con tracción diferencial: • por oruga • en agricultura; • exploración espacial;Introducción a la Robótica Móvil 6
  7. 7. 3. Robots terrestres yc Rueda rotacional con propulsor θ1 • Robots terrestres mas comunes: xc 1) Con tracción diferencial; θ2 2) Con estructura de s triciclo; siva s pa 3) Disposición syncro-drive: da R ue todas las rodas rotan y todas con propulsión. y x 4) Con “patas”. θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos. θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos. Mas común: θ1 en el caso de rueda con Mas común: θ1 en el caso de rueda con propulsor acoplado. propulsor acoplado. θ2 tiene relación con ángulo de orientación θ2 tiene relación con ángulo de orientación del robot (en relación a su centro de del robot (en relación a su centro de masa). masa).Introducción a la Robótica Móvil 7
  8. 8. 3. Robots terrestres yc Rueda rotacional con propulsor θ1 • Robots terrestres mas comunes: xc 1) Con tracción diferencial; θ2 2) Con estructura de s triciclo; siva s pa 3) Disposición syncro-drive: da R ue todas las ruedas rotan y todas trasladan. y x 4) Con “patas”. θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos. θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos. Mas común: θ1 en el caso de rueda con Mas común: θ1 en el caso de rueda con propulsor acoplado. propulsor acoplado. θ2 tiene relación con ángulo de orientación θ2 tiene relación con ángulo de orientación del robot (en relación a su centro de del robot (en relación a su centro de masa). masa).Introducción a la Robótica Móvil 8
  9. 9. 3. Robots terrestres y 0 yc • Robots terrestres mas xc comunes: yR 1) Con tracción diferencial; 2) Con estructura de triciclo; θ 3) Disposición syncro- ϕ drive: todas las rodas xR x0 rotan y todas con propulsión. 4) Con “patas”.Introducción a la Robótica Móvil 9
  10. 10. y0 yc 3. Robots terrestres xc yR • Robots terrestres mas comunes: θ 1) Con tracción diferencial; ϕ xR x0 2) Con estructura de triciclo; 3) Disposición syncro- drive: todas las rodas rotan y todas con propulsión. 4) Con “patas”. A pesar del robot poder se mover para cualquiera dirección, NO puede controlar la orientación de su chasis. LEGO_Synchro_drive_robot.mp4Introducción a la Robótica Móvil 10
  11. 11. 3. 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.Introducción a la Robótica Móvil 11
  12. 12. 3. 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.Introducción a la Robótica Móvil 12
  13. 13. 3. Robots terrestres Tipos de tracción para robots móviles terrestres ♦ con ruedas: y Holonómicos.Introducción a la Robótica Móvil 13
  14. 14. 3. Robots terrestres Tipos de tracción para robots móviles terrestres Omni directional wheelsOmni_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.mp4Introducción a la Robótica Móvil 14
  15. 15. 3. Robots terrestres 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); Obs2: mueve 1 garra por vez Obs1: Sistema demasiado lento. El para ahorrar batería (aumentar mayor problema no es el control de los su autonomía). Uso de movimientos (secuencia de procesamiento de imagen, desplazamiento) PERO garantizar generalmente realizado “off- adherencia. board” para aumentar la autonomia del robot.Introducción a la Robótica Móvil 15
  16. 16. 4. Sensores 4.1 Tipos de Sensores: Internos: de desplazamiento del robot. Externos: para localización del robot (medidas de distancias). Exteroceptivos Propioceptivos Codificadores Camera (sensor CCD) + Encoder + Sensor de Angulares medidor láser proximidad (encoders) Posición de Tipos de Posición de un elemento Mapa 3D Sensores un objeto terminalIntroducción a la Robótica Móvil 16
  17. 17. 4. 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!Introducción a la Robótica Móvil 17
  18. 18. 4. Sensores 4.1 Tipos de Sensores: Sensores de movimiento del robot: 1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos: I Note: la observación de la diferencia de desfase (puntos 1, 2, 3 y 4) entre los impulsos de salida A A y B puede ser utilizado para determinar la dirección de la rotación (ante-horario o horario). B La ranura mas externa del disco (Index) genera un impulso a cada rotación completa del mismo. 1234 Valores típicos: 2540 rayas en un disco de 5 cm de ∅Introducción a la Robótica Móvil 18
  19. 19. 4. Sensores 4.1 Tipos de Sensores: Sensores de movimiento del robot: 1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos: I A B 1234 Valores típicos: 2540 rayas en un disco de 5 cm de ∅ Ejemplo de uso: Robot gadget: http://www.wizard.org/gadget.htmlIntroducción a la Robótica Móvil 19
  20. 20. 4. Sensores 4.1 Tipos de Sensores: Sensores de movimiento del robot: 1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos: I A B 1234 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”Introducción a la Robótica Móvil 20
  21. 21. 4. 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.Introducción a la Robótica Móvil 21
  22. 22. 4. Sensores Exemplos práticos: 4.1 Tipos de Sensores: Sensores de movimento do robô: 1) Odômetros: nas rodas → encoders relativos: I A B 1234 Fonte: http://www.amsky.com/atm/accessories/mouse/mouse.htmlIntroducción a la RobóticaParavil Mó saber como funciona um mouse: http://computer.howstuffworks.com/mouse2.htm 22
  23. 23. 4. Sensores 4.1 Tipos de Sensores: Sensores de movimiento do robot: 1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos: Trayectoria Elipsoides de errores I estimada por por incertidumbres A el robot B Posición inicial 1234 Problemas: elipsoides de error crecientes:Introducción a la Robótica Móvil 23
  24. 24. 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Ejemplo: Sensores de movimiento del robot: 1) Odómetros: en las ruedas → encoders absolutos ópticos: Array de foto-detectores Led Difusor de Lentes Lentes expansión colimadoras cilíndricas Disco de Gray de 8 bits: 28 = 256 rayas Disco de Múltiplas rayas ⇒ 360o/256 = 1,4 o/raya. ( código Gray) Note: apenas 1 bit varia entre rayas del disco!Introducción a la Robótica Móvil 24
  25. 25. 4. 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 interno Pivô internomancalIntroducción a la Robótica Móvil 25
  26. 26. 4. 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 5) Giroscopios ópticos → uso de laser’s roda contrapuestos, mede-se el número de bandas causadas por el fenómeno físico Pivô interno conocido por “franjas de interferencia”. mancalIntroducción a la Robótica Móvil 26
  27. 27. 4. 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. HiTechnic Gyroscope for 4) Giroscopio mecánico → mide variaciones de posicionamiento (problemas con desvíos Lego Mindstorms NXT horarios: error aumenta con pasar del tempo). US$ 55,00 Pivô externo The HiTechnic Gyro Sensor contains a single-axis gyroscopic sensor that detects rotation and roda returns a value that represents the number of degrees per second of rotation, allowing the Pivô interno NXT to measure the additional dimension of mancal 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.Introducción a la Robótica Móvil 27
  28. 28. “Time-of-flight active ranging” 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Sensores de localización del robot: 1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF. Principio: d=v⋅t Donde: v d = distancia recorrida por la onda; v = velocidad de propagación de la onda; t = tiempo despendido. Eje de medición del sensor ulo tác d padrón del feje Obs Punto del sensor RobotIntroducción a la Robótica Móvil 28
  29. 29. “Time-of-flight, sound” 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Ultrasonido: onda sonora en el rango de 40KHz a 250KHz Sensores de localización del robot: 1.a) Sonares: por ultrasonido. v ⋅t 30o Principio: d= 2 15o Donde: v d = distancia recorrida por la onda; v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC) t = tempo despendido. PERO: la velocidad de la onda sonora cambia con la temperatura del aire! Donde: v = 20, 05 TCelsius + 273,16 v = γ RT γ = ratio de calor específico; R = constante del gas; 355 [Siegwart, 2004] T = temperatura en Kelvin. 350 345 v(m/s) 340 335 330 325 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35Introducción a la Robótica Móvil to (Celcius) 29
  30. 30. “Time-of-flight, sound” 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Sensores de localización del robot: 1.a) Sonares: por ultrasonido. v ⋅t Principio: d= Donde: 2 d = distancia recorrida por la onda; SRF05 – US$ 29,50 v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC) t = tempo despendido. 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]Introducción a la Robótica Móvil 30
  31. 31. “Time-of-flight, sound” 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Sensores de localización del robot: 1.a) Sonares: por ultrasonido. v ⋅t Principio: d= Donde: 2 d = distancia recorrida por la onda; SRF05 – US$ 29,50 v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC) t = tempo despendido. Devantech SRF05 – Specifications (www.acroname.com) Frequency 40kHz Max Range 4 meters Amplitud [dB] Min Range 3 centimeters Input Trigger 10uSec minimum, TTL level pulse Echo Pulse Positive TTL level signal, proportional to rangeIntroducción a la Robótica Móvil 31
  32. 32. “Time-of-flight, sound” 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Devantech SRF08 Voltage 5v Sensores de localización del robot: Current 1.a) Sonares: por 15mA Typ. 3mA Standby ultrasonido. v ⋅t Principio: d = 40KHz Frequency Donde: Maximum Range 62m SRF08 – US$ 64,00 d = distancia recorrida por la onda; Minimum Range propagación de la onda (V =343 m/s @ 20oC) v = velocidad de 3 cm Som t = tempo despendido. 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 Amplitud [dB] Weight 0.4 oz. Size 43mm w x 20mm d x 17mm hIntroducción a la Robótica Móvil 32
  33. 33. “Time-of-flight, sound” 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Sensores de localización del robot: 1.a) Sonares: por ultrasonido. Range Sensor Communication Angle* Echoes** Ranging Time Notes Minimum Maximum SRF02 I2C / Serial 15 cm 6m 45° One 70 ms A SRF04 Digital 3 cm 3m 45° One 100 µs - 36 ms SRF05 Digital 3 cm 4m 45° One 100 µs - 36 ms SRF08 I2C 3 cm 6m 45° 17 65 ms BC SRF10 I2C 3 cm 6m 60° One 65 ms AB SRF235 I2C 10 cm 1.2 m 15° One 10 ms ADIntroducción a la Robótica Móvil 33
  34. 34. “Time-of-flight, sound” 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Ultrasonido: onda sonora en el rango de 40KHz a 250KHz Sensores de localización del robot: 1.a) Sonares: por ultrasonido. v ⋅t 30o Principio: d= 2 15o Donde: v d = distancia recorrida por la onda; v = velocidad de propagación de la onda (vSom=0,343m/ms, vLuz=0,3m/ns) t = tempo despendido. 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. Eje de medición del sensor de 20 à 150 mediciones/segundo. lo u resolución: 0.08 cm a 1,0 cm ( frec., resolución, $$$ ) tá c d padrón del feje Obs Punto del sensor RobotIntroducción a la Robótica Móvil 34
  35. 35. Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz 4. Sensores 30o 15o 1.4 Tipos de Sensores: Sensores de localização do robô: 1.a) Sonares: por ultrasonido. v ⋅t Principio: d= 2 Baratos: tan utilizados cuanto los encoders. Detalle: la ganancia del sinal que retorna aumenta a medida que aumenta el tempo (porque a la medida que aumenta a distancia, el sinal de retorno se queda + débil). Ultrason: Alcance máximo típico: 10 cm a 10 m. de 20 à 150 mediciones/segundo. resolución: 0.08 cm a 1,0 cm ( ↑ frec., ↑ resolución, ↑ $$$ ) Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15oIntroducción a la Robótica Móvil 35
  36. 36. Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz 4. Sensores 30o 15o 1.4 Tipos de Sensores: Sensores de localização do robô: 1.a) Sonares: por ultrasonido. v ⋅t Principio: d= 2 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, ↑ $$$ ) Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15oRobot Neptune, 1980Introducción a la Robótica Móvil 36
  37. 37. Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz 4. Sensores 30o 15o 1.4 Tipos de Sensores: Sensores de localização do robô: 1.a) Sonares: por ultrasonido. v ⋅t Principio: d= 2Detalles: Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15º; Para medir 3 metros 20 ms lo que limita la velocidad del escaneo: <= 50 Hz! Si el robot tiene 24 sensores, entonces el ciclo de barredura seria de 0,48 segundos lo que correspondería a una frecuencia de escaneo de 2,08 Hz para cada sensor.PERO: para evitar problemas de reflejos múltiplos esta frecuencia de escaneo puede bajar.Introducción a la Robótica Móvil 37
  38. 38. Ultrasom: onda sonora na faixa de 40KHz à 250KHz 4. Sensores 30o 15o 1.4 Tipos de Sensores: Sensores de localização do robô: 1.a) Sonares: por ultrasonido. v ⋅t Principio: d= 2 Baratos: tan utilizados cuanto los encoders. Detalle: la ganancia del sinal que retorna aumenta a medida que aumenta el tempo (porque a la medida que aumenta a distancia, el sinal de retorno se queda + débil). Ultrason: Alcance máximo típico: 10 cm a 10 m. de 20 à 150 mediciones/segundo. resolución: 0.08 cm a 1,0 cm ( ↑ frec., ↑ resolución, ↑ $$$ ) Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15oIntroducción a la Robótica Móvil 38
  39. 39. “Time-of-flight, sound” 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Ultrasonido: onda sonora en el rango de 40KHz a 250KHz Sensores de localización del robot: 1.b) Sonares: por infrarrojo. v ⋅t 30o Principio: d= 2 15o Donde: v d = distancia recorrida por la onda; v = velocidad de propagación de la onda (vLuz=0,3m/ns) t = tempo despendido. Eje de medición del sensor ulo tác d padrón del feje Obs Punto del sensor RobotIntroducción a la Robótica Móvil 39
  40. 40. “Time-of-flight active ranging” 4. Sensores Eje de medición del sensor ulo tác d 1.4 Tipos de Sensores: padrón del feje Obs Sensores de localización del robot: 1.a) Sonares: por ultrasonido Punto del 1.b) Sonares: por infrarrojo. sensor Robot 3 problemas [Murphy, 2000]: θ Alcance retornado a) “Reflejo b) Reflexión especular c) Reflexión múltipla (cross-talk); adelantado” (foreshortening);Introducción a la Robótica Móvil 40
  41. 41. 4. 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! Ejemplo de localización por láser: • Permiten modelado en 3D. λ θ Limite Mede-se a defasaje entre onda emitida y reflejada.Introducción a la Robótica Móvil 41
  42. 42. inertial navigation systems 4. 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)Introducción a la Robótica Móvil 42
  43. 43. 4. 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)Introducción a la Robótica Móvil 43
  44. 44. 4. Sensores Aerospace Blockset Matlab/Simulink 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) 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.Introducción a la Robótica Móvil 44
  45. 45. 4. Sensores 1.4 Tipos de Sensores: Triangulación por RF: Sensores de localización del robot: Se usan emisores de radio- 1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF. frecuencia: 2) Láser. Mede-se diferencias de 3) De Inercia. potencias: 4) Por triangulación. • baja precisión. Vehículo C A B Transmisor Transmisor maestre esclavoIntroducción a la Robótica Móvil 45
  46. 46. 4. Sensores 1.4 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).Introducción a la Robótica Móvil 46
  47. 47. Camino 4. Sensores deseado → 4.2 Fuentes de Errores: • Dificultades con la determinación de la propia localización del robot: y0 Errores de odometria → (sin compensación) yc xc yR da Ro re liv θ ϕ xR x0Introducción a la Robótica Móvil 47
  48. 48. Camino 4. Sensores deseado → 4.2 Fuentes de Errores: • Dificultades con la determinación de la propia localización del robot: Errores de odometria → (sin compensación) y0 yc xc ← Errores de odometria yR da Ro re CORRIGIDOS liv θ ϕ xR x0Introducción a la Robótica Móvil 48
  49. 49. Camino 4. Sensores deseado → 4.2 Fuentes de Errores: • Dificultades con la determinación de la propia localización del robot: Errores de odometria → (sin compensación) TUTORIAL_RawLogViewer_2.flv Mobile_Robot__ICP_SLAM___MCL.flv Ref.: http://mrpt.sf.net/ Institute of Automation (TU-Dresden) May 24, 2009 openslam.org - A good collection of open source code and explanations of SLAM.Introducción a la Robótica Móvil 49
  50. 50. Intervalo para próxima sesiónIntroducción a la Robótica Móvil 50
  51. 51. Introducción a laRobótica MóvilProf. Dr.Eng.* Fernando Passold*Dr. Eng: Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), Dept. Automatización de Sistemas (DAS), Florianópolis,Brasil; Mr.Eng.: UFSC/Biomédica, Brasil
  52. 52. θIntroducción a la Robótica Móvil 52
  53. 53. 3. 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 y 0 y c propulsión. xc 4) Con “patas”. y R θ ϕ xR x0Introducción a la Robótica Móvil 53
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