Sensorik - informatik.uni-bremen.deroefer/kr00/04.pdf · 3 Universität Bremen Kognitive Robotik I...

Universität Bremen

Kognitive Robotik I

Sensorik

Thomas Röfer

Steuerung und Regelung

Interne Sensorik

Rotation, Belastung, ...Externe Sensorik

Taktil, Infrarot, Ultraschall, ...

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Rückblick „Motorik“Antriebs-/Lenkachse

Stützräder

Differenzieller Antrieb

Lenk

mot

or

Achse fürAufbau

Antriebsmotor

Synchronantrieb Omnidirektionaler Antrieb Laufmaschinen

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Regelung

� Stellgröße

� Eine Ausgangsgröße, die verändert werden kann

� Ist-Größe (Messgröße)

� Eine Eingangsgröße, die gemessen werden kann

� Sollgröße

� 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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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

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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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

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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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Intern - Tachometer

� Tachometer

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

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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Kognitive Robotik I – Sensorik

Intern - Absolutgeber

� Tachometer

� Inkrementalgeber

� Absolutgeber

ω

R

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Intern - Sonstige

� Tachometer

� Inkrementalgeber

� Absolutgeber

� Sonstige

� Verbrauch

� Belastung

� etc.

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Externe Sensorik

� Zweck

� Erfassung der Umgebung des Roboters

� Passive 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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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - taktil

� Taktile Sensoren

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - taktil

� Taktile Sensoren

� Probleme

0 0

0 1

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - Kamera

� Taktile Sensoren

� Probleme

� Kamera

x

y

zb

p

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Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - Kompass

� Taktile Sensoren

� Probleme

� Kamera

� Kompass

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - Neigungsdetektor

� Taktile Sensoren

� Probleme

� Kamera

� Kompass

� Neigungsdetektor

PendelLampe

Helligkeitssensor

Öffnung Achse

Lichtstrahlen

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - GPS

� Taktile Sensoren

� Probleme

� Kamera

� Kompass

� Neigungsdetektor

� Global Positioning System (GPS)

17

Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - GPS

� Taktile Sensoren

� Probleme

� Kamera

� Kompass

� Neigungsdetektor

� Global Positioning System (GPS)

� Satelliten

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - GPS

� Taktile Sensoren

� Probleme

� Kamera

� Kompass

� Neigungsdetektor

� Global PositioningSystem (GPS)

� Satelliten

� Peilung

19

Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - GPS

� Taktile Sensoren

� Probleme

� Kamera

� Kompass

� Neigungsdetektor

� Global Positioning System (GPS)

� Satelliten

� Peilung

� Differenziell

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - passiv - GPS

� Taktile Sensoren

� Probleme

� Kamera

� Kompass

� Neigungsdetektor

� Global PositioningSystem (GPS)

� Satelliten

� Peilung

� Differenziell

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - aktiv - Infrarot

� Infrarot

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - aktiv - Ultraschall

� Infrarot

� Ultraschall

� Hohe Entfernungsgenauigkeit

� Geringe Winkelauflösung

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - aktiv - Ultraschall

� Infrarot

� Ultraschall

� Hohe Entfernungsgenauigkeit

� Geringe Winkelauflösung

� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - aktiv - Ultraschall

� Infrarot

� Ultraschall

� Hohe Entfernungsgenauigkeit

� Geringe Winkelauflösung

� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)

� Cross-Talks (Distanz zu kurz)

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - aktiv - Ultraschall

� Infrarot

� Ultraschall

� Hohe Entfernungsgenauigkeit

� Geringe Winkelauflösung

� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)

� Cross-Talks (Distanz zu kurz)

� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)

tA

usschwingen

Messzeitraum

Wartezeit

Messung

Senden

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Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - aktiv - Laserscanner

� Infrarot

� Ultraschall

� Hohe Entfernungsgenauigkeit

� Geringe Winkelauflösung

� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)

� Cross-Talks (Distanz zu kurz)

� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)

� Laserscanner

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Universität Bremen

Kognitive Robotik I – Sensorik

Extern - aktiv - Laserscanner

� Infrarot

� Ultraschall

� Hohe Entfernungsgenauigkeit

� Geringe Winkelauflösung

� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)

� Cross-Talks (Distanz zu kurz)

� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)

� Laserscanner

� Scans