Universität Bremen Sensorik Rückblick „Motorik“roefer/kr00/04s.pdf · Zweck Erfassung des internen Zustands eines Systems Regelung der Motoren Z.B. Erfassung von Geschwindigkeit

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Universität Bremen

Kognit ive Robo t ik I

Sensorik

Thomas Röfer

Steuerung und Regelung

Interne SensorikRotation, Belastung, ...

Externe SensorikTaktil, Infrarot, Ultraschall, ...

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Universität Bremen

Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik

Rückblick „Motorik“Antriebs-/Lenkachse

Stützräder

Differenzieller Antrieb

Len

kmot

or

Achse fürAufbau

Antriebsmotor

Synchronantrieb Omnidirektionaler Antrieb Laufmaschinen

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Regelung� Stellgröße

� Eine Ausgangsgröße, die verändert werden kann

� Ist-Größe (Messgröße)� Eine Eingangsgröße, die gemessen

werden kann� Soll größe

� Ein Wert, der von der Messgröße erreicht werden soll (nicht von der Stellgröße!)

� Steuerung� Verändern der Stellgröße ohne

Kontrolle� Regelung

� Verändern der Stellgröße in Abhängigkeit von der Ist-Größe

Prozess

Regler

Stellgröße Ist-Größe

Sollgröße

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Regelung – Beispiel� Ziel

� Ist-Größe soll der Sollgrößemöglichst ohne Verzögerung folgen

� Möglichst kein Überschießen

deltaProp = (target - current) * INTENSITY;

if(current < target – TOLERANCE)

deltaInt += STEP;

else if (current > target + TOLERANCE)

deltaInt -= STEP;

output = target + deltaProp + deltaInt;

deltaProp = (target - current) * INTENSITY;

if(current < target – TOLERANCE)

deltaInt += STEP;

else if (current > target + TOLERANCE)

deltaInt -= STEP;

output = target + deltaProp + deltaInt;

t

Sollgröße

Ist-Größe

� Beispiel� Regelung der Rollstuhllenkung

� PID-Regler� Proportional� Integration� Differenziell

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Interne Sensorik

� Zweck� Erfassung des internen Zustands eines Systems� Regelung der Motoren

� Z.B. Erfassung von� Geschwindigkeit� Lenkradius� Gelenkstellung (bei Armen)� Schräglage� Belastung eines Motors� Batteriespannung

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Intern - Tachometer� Tachometer

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Intern - Inkrementalgeber� Tachometer� Inkrementalgeber

00 01 10 11

00 0 -1 1 --

01 1 0 -- -1

10 -1 -- 0 1

11 -- 1 -1 0

Vorher

Nac

hh

er

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Intern - Absolutgeber� Tachometer� Inkrementalgeber� Absolutgeber

ω

R

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Intern - Sonstige� Tachometer� Inkrementalgeber� Absolutgeber� Sonstige

� Verbrauch� Belastung� etc.

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Externe Sensorik� Zweck

� Erfassung der Umgebung des Roboters

� Pass ive Sensorik� Erfassung der Umwelt ohne

Eingriff in diese� Vorteile

� Keine störenden Einflüsse, z.B. Laserlicht, Schall, etc.

� Nachteile� Umgebungsabhängigkeit (messbare

Größe muss ausreichend vorhanden sein, Problem z.B. „Kamera im Dunkeln“)

� Ungenau

� Aktive Sensorik� Aussenden von Strahlung o.ä.,

deren Veränderung durch die Umgebung gemessen wird

� Vorteile� Messen unter wohldefinierten

Bedingungen → genau� Nachteile

� Störenden Einflüsse, z.B. Knacken bei Ultraschall, Laserlicht, hohe Strahlungsdosen

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Extern - passiv - taktil� Taktile Sensoren

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Extern - passiv - taktil� Taktile Sensoren

� Probleme

0 0

0 1

3

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Extern - passiv - Kamera� Taktile Sensoren

� Probleme� Kamera

x

y

zb

p

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Extern - passiv - Kompass� Taktile Sensoren

� Probleme� Kamera� Kompass

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Extern - passiv - Neigungsdetektor� Taktile Sensoren

� Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor

PendelLampe

Helligkeitssensor

Öffnung Achse

Lichtstrahlen

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Extern - passiv - GPS� Taktile Sensoren

� Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning System (GPS)

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� Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning System (GPS)

� Satelliten

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� Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning

System (GPS)� Satelliten� Peilung

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Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning System (GPS)

Satelliten Peilung Differenziell

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Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning

System (GPS) Satelliten Peilung Differenziell

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Extern - aktiv - Infrarot� Infrarot

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Extern - aktiv - Ultraschall� Infrarot� Ultraschall

Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung

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Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)

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Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) Cross-Talks (Distanz zu kurz)

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Extern - aktiv - Ultraschall Infrarot Ultraschall

� Hohe Entfernungsgenauigkeit� Geringe Winkelauflösung� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)� Cross-Talks (Distanz zu kurz)� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)

t

Ausschw

ingen

Messzeitraum

Wartezeit

Messung

Senden

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Extern - aktiv - Laserscanner Infrarot Ultraschall


Laserscanner

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Extern - aktiv - Laserscanner Infrarot Ultraschall


Laserscanner� Scans

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