Sensorik - Uni Bremen || Startseiteroefer/kr02/04.pdf · 5 Universität Bremen Kognitive Robotik I – Sensorik Regelung – PID-Regler double pControl(double target, double current)

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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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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Regelung – Beispiel

� Ziel� Ist-Größe soll der Sollgröße

möglichst 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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Regelung – PID-Regler

� double pControl(double target, double current) {return pFactor * (target - current);}

� double iControl(double target, double current){

sum += target - current;return iFactor * sum;

}

� double dControl(double current){return dFactor * (prev - current);}

� double pidControl(double target, double current){

double control = pControl(target, current)+ iControl(target, current)+ dControl(current);

prev = current;return control;

}

� double pControl(double target, double current) {return pFactor * (target - current);}

� double iControl(double target, double current){

sum += target - current;return iFactor * sum;

}

� double dControl(double current){return dFactor * (prev - current);}

� double pidControl(double target, double current){

double control = pControl(target, current)+ iControl(target, current)+ dControl(current);

prev = current;return control;

}

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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

� 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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Extern - passiv - taktil

� Taktile Sensoren

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Extern - passiv - taktil

� Taktile Sensoren� Probleme

0 0

0 1

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Extern - passiv - Kamera


� Kamera

x

y

zb

p

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Extern - passiv - Kompass


� Kamera� Kompass

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Extern - passiv - Neigungsdetektor


� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor

PendelLampe

Helligkeitssensor

Öffnung Achse

Lichtstrahlen

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Extern - passiv - GPS


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

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

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� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning

System (GPS)� Satelliten� Peilung

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� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning System (GPS)� Satelliten� Peilung

� Differenziell

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� 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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� Geringe Winkelauflösung� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)

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� Cross-Talks (Distanz zu kurz)

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� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)

tA

usschwingen

Messzeitraum

Wartezeit

Messung

Senden

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Extern - aktiv - Laserscanner





� Laserscanner

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Extern - aktiv - Laserscanner





� Laserscanner� Scans

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