• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Bab v. sensor robot dan navigasi
 

Bab v. sensor robot dan navigasi

on

  • 2,019 views

 

Statistics

Views

Total Views
2,019
Views on SlideShare
1,905
Embed Views
114

Actions

Likes
1
Downloads
0
Comments
0

3 Embeds 114

http://rumah-belajar.org 74
http://www.rumah-belajar.org 24
http://127.0.0.1 16

Accessibility

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Bab v. sensor robot dan navigasi Bab v. sensor robot dan navigasi Presentation Transcript

    • V. Sensor Robot 1
    • • Download slide di http://rumah-belajar.org 2
    • Overview• Sensing : Mengumpulkan informasi tentang alam/dunia [Collect information about the world]• Sensor : Peralatan Elektrik/Mekanik/Kimia yang memetakan besaran lingkungan ke pengukuran kuantitatif [an electrical/mechanical/chemical device that maps an environmental attribute to a quantitative measurement]• Setiap sensor berdasarkan transduction principle – [conversion of energy from one form to another] 3
    • Transduction to electronics• Thermistor: temperature-to-resistance• Electrochemical: chemistry-to-voltage• Photocurrent : light intensity-to-current• Tachometer : angular speed-to-voltage• Thermocouple : temperature-to-voltage• LVDT [Linear variable differential transformers] : length/position-to-inductance• Microphone : sound pressure-to- capacitance/resistance 4
    • Human sensing and organs• Vision: eyes (optics, light)• Hearing: ears (acoustics, sound)• Touch: skin (mechanics, heat)• Odor: nose (vapor-phase chemistry)• Taste: tongue (liquid-phase chemistry) 5
    • Extended ranges• Vision outside the RGB spectrum – Infrared Camera (melihat pada malam hari)• Active vision – Radar and optical (laser) range measurement• Hearing outside the 20 Hz – 20 kHz range – Ultrasonic range measurement• Chemical analysis beyond taste and smell• Radiation: , , -rays, neutrons, etc 6
    • Sensor Fusion and Integration• Human: Satu organ satu sensor ? • Balance : ears • Touch: tongue • Temperature: skin• Robot : – Sensor fusion: • Menggabungkan pembacaan dari beberapa sensor menjadi struktur data (yang seragam) [Combine readings from several sensors into a (uniform) data structure] – Sensor integration: • Menggunakan informasi dari beberapa sensor untuk melakukan sesuatu yang bermanfaat [Use information from several sensors to do something useful] 7
    • Sensor Fusion• Satu buah sensor biasanya tidak cukup – Mengandung banyak derau – Ketelitian terbatas – Keandalan rendah – Kegagalan/perlu redundancy – Pemahaman yang terbatas pada lingkungan • Deskripsi yang tidak lengkap dari lingkungan 8
    • General ProcessingSensor PreprocessingSensor Preprocessing Fusion InterpretationSensor PreprocessingSenso PreprocessingrSensing Perception 9
    • Preprocessing• Pengurangan Derau - filtering• Pengkalibrasian Ulang• Pengolahan2 dasar sesuai dengan karakteristik sensor (penguatan, edge detection). Biasanya berbeda (khas) utk setiap sensor• Merubah/mentransformasikan data yang direpresentasikan 10
    • Sensor/Data Fusion• Menggabungkan data dari berbagai sumber – Pengukuran dari sensor-sensor yang berbeda – Pengukuran dari posisi yang berbeda – Pengukuran dari waktu-waktu yang berbeda• Seringkali beberapa teknik digunakan untuk mengatasi ketidakpastian dari sumber data – Discrete Bayesian methods – Neural networks – Kalman filtering 11
    • Klasifikasi Sensor• Proprioceptive (Internal state) v.s. Exteroceptive (external state) – Proprioceptive : pengukuran untuk kebutuhan internal sistem, misalnya battery level, wheel position, joint angle, etc, – Exteroceptive : pengamatan terhadap lingkungan atau obyek• Active v.s. Passive – Active : Memancarkan energi ke lingkungan Misalnya radar, sonar – Passive : Menerima energi dari lingkungan, misalnya kamera• Contact v.s. non-contact 12
    • Proprioceptive Sensors• Encoder, Potentiometer – Mengukur sudut putaran melalui perubahan resistansi atau mengukur jumlah pulsa optik• Gyroscope – Mengukur perubahan dari sudut (kecepatan sudut) – Prinsip : optik, magnetik• Compass – Penunjuk arah utara• GPS: mengukur lokasi relatif terhadap peta bumi 13
    • Sensor Sentuh (Touch)• Whiskers, bumpers etc. – Kontak mekanikal yang dapat mengakibatkan • buka./tutup switch • Merubah resistansi dari elemen • Merubah kapasitansi dari elemen • Merubah tekanan (tension) dari pegas (spring) • ... 14
    • Sensor berdasarkan Suara• SONAR: Sound Navigation and Ranging – Prinsip pemantulan oleh obyek – Pengukuran waktu pemantulan – untuk menghitung jarak – Pengukuran perubahan frekuensi – untuk menghitung kecepatan dari obyek (Doppler effect) – Kelelawar dan lumba2 menggunakan prinsip sonar 15
    • Sensor Berdasarkan pada Spektrum Gelombang Elektromagnetik (EM) 16
    • Electromagnetic Spectrum Visible Spectrum700 nm 400 nm 17
    • Sensor Berdasarkan pada Spektrum EM• Gelombang Radio dan Mikro – RADAR: Radio Detection and Ranging – Microwave radar: tidak sensitif terhadap awan• Cahaya Koheren – LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – LASER RADAR: LADAR – ketelitian tinggi 18
    • Sensor Berdasarkan pada Spektrum EM• Cahaya Tampak (visible light) – Mata, kamera, photocells – Operating principle • CCD - Charge Coupled Devices • CMOS• Cahaya Infra merah (IR) – Local Proximity Sensing • Infrared LEDs • Resolusi rendah – beroperasi dalm kisaran daerah yang kecil, biasanya digunakan untuk mendeteksi halangan daripada mengukur jarak – Mendeteksi perbedaan panas untuk mengkonstruksi citra • Sensor pendeteksi manusia • night vision 19
    • Klasifikasi Umum (1) 20
    • Klasifikasi Umum (2) 21
    • Sensor-Sensor Pada Robot 22
    • Gas Sensor Accelerometer Gyro Metal Detector Pendulum Resistive Tilt Sensors Piezo Bend Sensor Gieger-Muller Radiation Sensor Pyroelectric Detector UV Detector Resistive Bend Sensors CDS Cell Resistive Light Sensor Digital Infrared Ranging Pressure Switch Miniature Polaroid Sensor Limit Switch Touch Switch Mechanical Tilt Sensors IR Pin IR Sensor w/lens Diode Thyristor Magnetic Sensor Polaroid Sensor Board Hall Effect Magnetic Reed Switch Magnetic Field IR Reflection IR Amplifier Sensor Sensors Sensor IRDA Transceiver IR Modulator Lite-On IR Radio Shack Solar Cell ReceiverRemote Receiver Remote Receiver Compass Compass Piezo Ultrasonic Transducers 23
    • Sensor Pada Robot• Resistive sensors – bend sensors, potentiometer, resistive photocells, ...• Tactile sensors – contact switch, bumpers…• Infrared sensors – Reflective, proximity, distance sensors…• Ultrasonic Distance Sensor• Inertial Sensors (measure the second derivatives of position) – Accelerometer, Gyroscopes,• Orientation Sensors – Compass, Inclinometer• Laser range sensors• Vision, GPS, … 24
    • Resistive SensorsBend Sensors• Resistansi = 10k - 35k• resistansi naik ketika mengalami tekukan Resistive Bend Sensor (bend)Potentiometers• Dapat digunakan sebagai sensor posisi dalam mekanisme sliding atau rotasi• Mudah ditemukan/dipasang PotentiometerSensor Cahaya (Photocell)• Baik untuk mendeteksi arah/keberadaan cahaya• Resistansi turun ketika mendapat cahaya• Resistansi Non-linier Photocell• Bereaksi lambat terhadap perubahan cahaya 25
    • Aplikasi Sensor• Mengukur tekukan dari joint Sensors• Wall Following/Collision Detection Sensor• Weight Sensor 26
    • Sensor Infrared• Infrared berdasarkan intensitas – Reflective sensors – Mudah diimplementasikan – Rentan terhadap cahaya ambient• Infrared yang dimodulasi (Modulated Infrared) – Proximity sensors – Sinyal IR yang dimodulasi (IrDA) – Tidak sensitif terhadap cahaya ambient• Infrared Ranging – Short range Distance sensors – Tahan terhadap cahaya ambient, warna dan pantulan obyek 27
    • Infrared Berdasarkan Intensitas Break-Beam sensor Reflective Sensor Kenaikan cahaya ambient Menaikkan DC bias voltage• Mudah diimplemntasikan (bbrp komponen saja) time• Bekerja sangat baik dalam lingkungan terkendali voltage• sensitif thd cahaya ambient time 28
    • IR Reflective Sensors• Reflective Sensor: – Emitter IR LED + detector photodiode/phototransistor – Phototransistor: semakin banyak cahaya mencapai phototransistor, semakin banyak arus yang mengalir dalam komponen tsb – Berkas cahaya di pantulkan dari permukaan menuju detektor – Cahaya biasanya dalam spektrum infrared, (invisible light)• Aplikasi : – Deteksi Obyek – Line following, Wall tracking – Optical encoder (Break-Beam sensor)• Drawbacks: (kelemahan) – Rentan thd cahaya ambient • Diperlukan pelindung cahaya luar – Rentan terhadap pantulan obyek – Rentan terhadap jarak antara sensor dan obyek 29
    • Modulated Infrared• Modulation and Demodulation – Kedipan (flash) sumber cahaya pada frekuensi tertentu – Demodulator di tala pada frekuensi kedipan (32kHz~45kHz) – Kedipan cahaya dapat dideteksi meskipun sangat lemah sekalipun – Lebih tahan thdp cahaya ambient dan pantulan obyek – Biasa digunakan pada perangkat IR remote control, proximity sensors Negative true logic: Detect = 0v No detect = 5v 30
    • IR Proximity Sensors amplifier bandpass filter integrator limiter demodulator comparator• Proximity Sensors: – Memerlukan IR LED yg dimodulasi, modul detektor dengan modulation decoder – Kisaran deteksi : bervariasi pada obyek berbeda (shiny white card vs. dull black object) – Tidak sensitif terhadap cahaya ambient• Aplikasi : – Pengukuran jarak (kasar) – Obstacle avoidance – Wall following, line following 31
    • IR Distance Sensors• Prinsip Operasi – IR emitter + focusing lens + position-sensitive detector Modulated IR light Lokasi dari obyek berkaitan dengan jarak thd permukaan target , 32
    • IR Distance Sensors• Sharp GP2D02 IR Ranger – Distance range: 10cm (4") ~ 80cm (30"). – Moderately reliable for distance measurement – Immune to ambient light – Impervious to color and reflectivity of object – Applications: distance measurement, wall following, … 33
    • Teknik-Teknik Dasar Navigasi• Posisi Relatif (disebut Dead-reckoning) – Informasi yg diperlukan: incremental (internal) • Kecepatan • Arah (heading) – Dengan teknik ini, posisi dpat diperbaharui terhadap titik awal (starting point) – Problem : akumulasi error yg tidak terbatas (unbounded accumulation error)• Posisi Absolut – Informasi yng diperlukan : absolut (external) – Referensi Absolut (Dinding, sudut, landmark) – Metoda • Magnetic Compasses (absolute heading, earth’s magnetic field) • Active Beacons • Global Positioning Systems (GPS) • Landmark Navigation (absolute references: wall, corner, artificial landmark) • Map-based positioning 34
    • Dead ReckoningPenyebab unbounded accumulation error: Error Sistematik : a) Diameter roda tidak sama b) Roda tidak sejajar (misalignment) c) Resolusi encoder terbatas, kecepatan sampling Error Non sistematik : a) Travel over uneven floors b) Travel over unexpected objects on the floor c) Wheel-slippage due to : slippery floors; over-acceleration, fast turning (skidding), non-point wheel contact with the floor 35
    • Sensor yg digunakan pada Navigasi• Dead Reckoning • External Sensors – Odometry (memantau – Compass putaran roda utk menghitung offset – Ultrasonic dari starting point yang diketahui) – Laser range sensors • Encoders, – Radar • Potentiometer, – Vision • Tachometer, … – Global Positioning – Inertial Sensors System (GPS) (mengukur turunan dari posisi) • Gyroscopes, • Accelerometer, 36
    • Incremental Optical Encoders• Incremental Encoder: light sensor - direction decode - resolution light emitter circuitry grating • jumlah pulsa proporsional thdp kecepatan rotasi sumbu roda. • Arah dapat diindikasikan dengan two phase encoder A B A leads B 37
    • Incremental Optical Encoders• Incremental Encoder: A B A leads B ChA ChB DIR Encoder pulse and motor direction 38
    • Absolute Optical Encoders• Gray codes: hanya 1 bit berubah pada satu waktu .• informasi di transfer secara paralel Binary Gray Code 000 000 001 001 010 011 011 010 100 110 101 111 110 101 111 100 39
    • Sensor-sensor Odometry yang lain • ResolverMemiliki 2 buah lilitan stator yangdiposisikan secara 90o. Teganganoutput proporsional terhadap fungsisinus atau or cosinus dari sudutrotor. • Potentiometer = perubahan resistansi 40
    • Range Finder• Time of Flight• Pulsa yang diukur berasal dari sumber ultrasonic, RF dan optik –D=v*t – D = round-trip distance – v = speed of wave propagation – t = elapsed time• Sound = 0.3 meters/msec• RF/light = 0.3 meters / ns (Sangat sulit utk mengukur jarak pendek 1-100 meter) 41
    • Ultrasonic Sensor• Prinsip dasar operasi: – Pemancaran frekuensi ultrasound (50kHz), (human hearing: 20Hz to 20kHz) – Mengukur elapsed time sampai dengan receiver mengindikasikan bawah pantulan suara (echo) terdeteksi.D=v*tD = round-trip distancev = speed of propagation(340 m/s)t = elapsed time 42
    • Ultrasonic Sensors• Pengukuran cukup akurat tapi memiliki ketidak pastian sudut kisaran 30o• Kisaran pengukuran dari orde cm s/d 30 meter.• Permasalahan lainnya adalah waktu propagasi. Sinyal ultrasonic memerlukan waktu 200 mdetik untuk menjangkau 60 meters. (30 meters roundtrip @ 340 m/s ) 43
    • Noise Issues 44
    • Inertial Sensors• Gyroscopes – Mengukur kecepatan rotasi tidak bergantung dari kerangka koordinat tertentu – Aplikasi : • Heading sensors, Full Inertial Navigation systems (INS)• Accelerometers – Mengukur percepatan terhadap Kerangka Inersia – Aplikasi : • Tilt sensor, Vibration Analysis, Full INS Systems 45
    • Global Positioning System (GPS)24 satellites (+several spares)broadcast time, identity, orbitalparameters(latitude, longitude, altitude) Space Segment http://www.cnde.iastate.edu/staff/swormley/gps/gps.html 46
    • Noise Issues• Real sensors are noisy• Sumber : fenomena alam• Konsekuensi : akurasi dan presisi terbatas• Filtering: – software: signal processing algorithm – hardware : capacitor 47
    • • Download slide di http://rumah-belajar.org 48