Wprowadzenie do robotyki

mobilnej

Budowa maszyn mobilnych

`

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych

Sterownik

Zasilanie

Sensory

Efektory

Interfejs

użytkownika

Komunikacja

Maszyna

Wprowadzenie do robotyki

mobilnej

Zasilanie

Zasilanie:

●

Powinno gwarantować dostarczenie napięcia

odpowiedniej wartości, pozwalającego na
zasilenie wszystkich układów maszyny.

●

Powinno gwarantować dostarczenie prądu

niezbędnego do poprawnej pracy wszystkich
urządzeń maszyny.

●

Nie powinno zbyt mocno obciążać maszyny

pod kątem objętości i masy.

●

Nie powinno być źródłem niepożądanych pól

elektromagnetycznych lub ciepła.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Zasilanie

Zasilanie:

●

Układy dopasowujące poziomy napięć

●

Akumulatory w maszynach autonomicznych

●

Alternatywne źródła energii

Parametry:

●

Masa

●

Objętość, rozmiar.

●

Napicie, prąd, moc.

●

Pojemność

●

Cena i koszt użycia

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Zasilanie

Wprowadzenie do robotyki

mobilnej

Sensory

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki

Czujnik (sensor) to fizyczne lub biologiczne

narzędzie pozwalające na wychwytywanie,

rozpoznawanie i rejestrowanie sygnałów

z otaczającego środowiska.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Klasyfikacja

Ze względu na rodzaj sygnału wyjściowego:

●

Rezystancyjne

●

Pojemnościowe

●

Indukcyjne, magnetyczne

●

Napięciowe

●

Prądowe

●

Piezoelektryczne

●

Piezorezystywne

●

Tensometryczne

●

Ultradźwiękowe

●

…

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Klasyfikacja

Ze względu na wielkość mierzoną:

●

Położenia, odległości

●

Kąta obrotu, prędkości obrotowej

●

Przyspieszenia

●

Siły, ciśnienia, momentu

●

Przepływu

●

Temperatury

●

Natężenia światła

●

Gazu

●

Wilgotności

●

...

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Klasyfikacja

Ze względu na źródło energii sygnału
pomiarowego:

●

Pasywne (bierne) – nie potrzebują dostarczenia energii

zewnętrznej by uzyskać z nich pomiar

●

Aktywne (czynne) – charakteryzujące się emisją energii do

otoczenia lub modyfikacją tego otoczenia

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Klasyfikacja

Ze względu na punkt odniesienia:

●

Względne – odniesienie wartości mierzonej do pewnej
wartości odniesienia

●

Różnicowe – pomiar różnicy dwóch wartości

●

Absolutne – pomiar wartości bezwzględnej

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Klasyfikacja

Eksteroreceptory: receptory odbiorcze pozwalające na

rejestrowanie zmian zachodzących w środowisku

zewnętrznym (pozwalające na realizację pomiaru

zewnętrznej wielkości fizycznej).

Interoreceptory (proprioreceptory): receptory

odbiorcze reagujące na zmiany wewnętrzne środowiska

(pozwalające na realizację pomiaru parametrów

wewnętrznych maszyny.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Własności

Parametry czujników:

●

Szybkość działania – częstotliwość, pasmo pracy, czas
realizacji pomiaru.

●

Błąd pomiaru – bezwzględny, względny lub maksymalny,
dokładność, precyzja.

●

Odporność – zakres pracy, warunki pracy, odporność na
zakłócenia.

●

Obciążalność obliczeniowa – czujniki mogą wymagać realizacji

pewnych obliczeń.

●

Zakres pracy – relacja między najmniejszą i największą

wartością sygnału mierzonego

●

Rozdzielczość – minimalna różnica wykrywalna przez czujnik

●

Obciążenia w zakresie mocy, wagi oraz objętości

●

Cena i koszt zastosowania

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Własności problemy

●

Zakłócenia i szumy pomiarowe

●

Otrzymywana informacja o otoczeniu bywa niepełna

●

Problemy w modelowaniu czujników

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki

Pozwalają na identyfikowanie stanu danego parametru Można ich
używać do identyfikacji otwarcia drzwi, włączenia urządzenia,
naciśnięcia przycisku, zetknięcia z powierzchnią, momentu
osiągnięcia pożądanej lub krańcowej pozycji itp.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła

Zaliczamy do nich wszystkie przetworniki światła: fotorezystory,
fotodiody, fototranzystory, transoptory, czujniki światłowodowe,
czujniki optoelektroniczne, przetworniki wizyjne, kamery.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła
Indukcyjne i pojemnościowe

Czujniki indukcyjne i pojemnościowe wykorzystywane są do
pomiaru położenia i małych odległości oraz do przetwarzania
dźwięku.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła
Indukcyjne i pojemnościowe
Temperatury

Termistory, termopary, detektory piroelektryczne, termostaty
(bimetaliczne, z kapilarą)

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła
Indukcyjne i pojemnościowe
Temperatury
Pola magnetycznego

Kontraktrony, rezystancyjne, czujniki położenia, hallotrony.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła
Indukcyjne i pojemnościowe
Temperatury
Pola magnetycznego
Warunków środowiskowych

Czujniki położenia kątowego, wibracyjne, enkodery, czujniki
poziomu cieczy, ruchu, obrotowo impulsowe.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła
Indukcyjne i pojemnościowe
Temperatury
Pola magnetycznego
Warunków środowiskowych
Ultradźwiękowe

Pomiar prędkości, odległości, identyfikacja ruchu.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła
Indukcyjne i pojemnościowe
Temperatury
Pola magnetycznego
Warunków środowiskowych
Ultradźwiękowe
Nacisku

Foliowe, tensometry.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła
Indukcyjne i pojemnościowe
Temperatury
Pola magnetycznego
Warunków środowiskowych
Ultradźwiękowe
Nacisku
Ciśnienia

Absolutne, względne
różnicowe.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła
Indukcyjne i pojemnościowe
Temperatury
Pola magnetycznego
Warunków środowiskowych
Ultradźwiękowe
Nacisku
Ciśnienia
Wilgotności

Pojemnościowe,
rezystancyjne.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – Przykłady

Włączniki, wyłączniki i przełączniki
Światła
Indukcyjne i pojemnościowe
Temperatury
Pola magnetycznego
Warunków środowiskowych
Ultradźwiękowe
Nacisku
Ciśnienia
Wilgotności
Czujniki i detektory gazu

Czujniki przepływu, gazów, dymu, termoelektryczne, pirometry.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki aktywne – Przykłady

Czujniki obrotu

Enkodery optyczne
- inkrementacyjne

- bezwzgledne

www.suc-tech.com/technology/e9.gif

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki aktywne – Przykłady

Czujniki przemieszczenia położenia

Liniowe transformatory różnicowe (brak tarcia)

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki aktywne – Przykłady

Czujniki ruchu:

Czujniki ultradźwiękowe

-Efekt Dopplera
-Interferencje
-Błędy pomiaru kąta nachylenia

Odbiornik

Nadajnik

f

f+df

V

Zmysł

Organ

Dziedzina

wzrok

oko

optyka

słuch

ucho

akustyka

węch

nos

chemia

dotyk

skóra

mechanika

smak

język

chemia

temperatura skóra

fizyka

wiatr

włosy

dynamika

równowaga ucho środkowe mechanika
ciało

mięśnie, stawy mechanika

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki a ludzkie zmysły

Inne zmysły zwierząt: pole magnetyczne, echolokacja, ciśnienie wody

Fuzja sensorów:

Człowiek – temperatura rzeczywista a odczuwalna

Jeden sensor:

●

niepełna interpretacja otoczenia

●

niepewność, błąd pomiaru

●

możliwość pomiaru niektórych wartości

Łączenie informacji pochodzącej z różnych
sensorów, pozwalające na oszacowanie określonych
cech otoczenia

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – fuzja sensorów

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – układy sensoryczne

Układ sensoryczny – zestaw czujników danej

maszyny lub systemu.

Rzeczywista ocena środowiska często wymaga

realizacji odpowiedniej liczby pomiarów oraz

zbiorczej ich analizy.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – układy sensoryczne – przykłady

Aktywny zderzak

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – układy sensoryczne – przykłady

Aktywny zderzak

Sonarowy czujnik odległości

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – układy sensoryczne – przykłady

Aktywny zderzak

Sonarowy czujnik odległości

Identyfikator linii

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – układy sensoryczne – przykłady

Aktywny zderzak

Sonarowy czujnik odległości

Identyfikator linii

Układ do pomiaru barwy powierzchni

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe

Przetworniki pomiarowe to zamknięte w jednej obudowie
urządzenia wyposażone w czujnik, układ kondycjonujący
sygnał oraz układ telemetryczny.

Sensor

Układ

kondycjonujący

Układ

telemetryczny

uC

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe

Kondycjonowanie sygnału polega na poprawianiu jego
własności czy stanu.

Do układów kondycjonowania sygnału zaliczamy:

Układy filtrujące i odszumiające
Układy przetwarzające sygnał wyjściowy czujnika na napięcie
lub prąd
Wzmacniacze i układy dopasowujące poziomy i kształt sygnału
Przetworniki A/C

Uogólniając: sygnał wychodzący z układu kondycjonującego jest
przygotowany do dalszej obróbki.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe

Układy telemetryczne służą do przesyłu wartości
wynikowych na odległość, do urządzenia sterującego
bądź rejestrującego.

Do układów telemetrycznych zaliczamy:

Układy kodowania i modulowania sygnału
Układy komunikacyjne (nadajnik, odbiornik)

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe

Podsumowanie

Przetworniki pomiarowe oferowane dzisiaj na runku
układów elektronicznych są często urządzeniami
autonomicznymi.
Scalone układy czujników mogą realizować pomiar
kilku wielkości fizycznych jednocześnie oraz rejestrować
wyniki realizowanych pomiarów.
Najbardziej zaawansowane czujniki scalone to urządzenia
autonomiczne z własnym niezależnym zasilaniem oraz
układami zapewniającymi komunikację (bezprzewodową)
z innymi elementami sieci czujników pomiarowych.

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – pomiar orientacji

Kompas

Pomiar mechaniczny
Pomiar wykorzystujący efekt Halla

Honeywell

MEMSIC SEGURO

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – pomiar orientacji

Żyroskop

Inercja obracającej się masy
Elektroniczny układ scalony

Wikipedia

ANALOG DEVICES

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – pomiar orientacji

Inklinometr, akcelerometr

Elektroniczny układ scalony

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – lokalizacja

Lokalizacja

Znaczniki

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – lokalizacja

Lokalizacja

Znaczniki
GPS

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – czujniki odległości

Czujniki odległości na podczerwień.

Point of Reflection

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – czujniki temperatury

Czujniki temperatury (1Wire).

Czujniki odległości:

Czujniki ultradźwiękowe

Odbiornik

Nadajnik

f

f+df

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – czujniki odległości

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – czujniki odległości

Lidar – laserowy miernik odległości

●

Pomiar czasu odbicia impulsu: 30 cm/ns

●

Duża dokładność i częstotliwość pomiarów

●

Zakres: 0-200 m

●

Wysoki koszt

Kamery:

●

CCD

●

CMOS

Systemy wizyjne:

●

Wykrywanie przedmiotów

●

Wykrywanie i określanie ruchu

●

Śledzenie

●

Rekonstrukcja sceny

●

Nawigacja i mapowanie

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – kamery

Autonomiczne czujniki bezprzewodowe:

Wprowadzenie do robotyki mobilnej

Budowa maszyn mobilnych
Czujniki – przetworniki pomiarowe – sieć czujników

OPERATOR

`