1
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I
Sensorik
Thomas Röfer
Steuerung und Regelung
Interne SensorikRotation, Belastung, ...
Externe SensorikTaktil, Infrarot, Ultraschall, ...
2
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
3
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
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
4
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
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
5
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
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
6
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Intern - Tachometer� Tachometer
2
7
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
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
8
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Intern - Absolutgeber� Tachometer� Inkrementalgeber� Absolutgeber
ω
R
9
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Intern - Sonstige� Tachometer� Inkrementalgeber� Absolutgeber� Sonstige
� Verbrauch� Belastung� etc.
10
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
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
11
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - taktil� Taktile Sensoren
12
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - taktil� Taktile Sensoren
� Probleme
0 0
0 1
3
13
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - Kamera� Taktile Sensoren
� Probleme� Kamera
x
y
zb
p
14
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - Kompass� Taktile Sensoren
� Probleme� Kamera� Kompass
15
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - Neigungsdetektor� Taktile Sensoren
� Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor
PendelLampe
Helligkeitssensor
Öffnung Achse
Lichtstrahlen
16
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - GPS� Taktile Sensoren
� Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning System (GPS)
17
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - GPS� Taktile Sensoren
� Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning System (GPS)
� Satelliten
18
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - GPS� Taktile Sensoren
� Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning
System (GPS)� Satelliten� Peilung
4
19
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - GPS� Taktile Sensoren
Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning System (GPS)
Satelliten Peilung Differenziell
20
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - passiv - GPS� Taktile Sensoren
Probleme� Kamera� Kompass� Neigungsdetektor� Global Positioning
System (GPS) Satelliten Peilung Differenziell
21
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - aktiv - Infrarot� Infrarot
22
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - aktiv - Ultraschall� Infrarot� Ultraschall
Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung
23
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - aktiv - Ultraschall� Infrarot� Ultraschall
Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)
24
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - aktiv - Ultraschall� Infrarot� Ultraschall
Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) Cross-Talks (Distanz zu kurz)
5
25
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
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
26
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - aktiv - Laserscanner Infrarot Ultraschall
� Hohe Entfernungsgenauigkeit� Geringe Winkelauflösung� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)� Cross-Talks (Distanz zu kurz)� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)
Laserscanner
27
Universität Bremen
Kognit ive Robo t ik I – Sensor ik
Extern - aktiv - Laserscanner Infrarot Ultraschall
� Hohe Entfernungsgenauigkeit� Geringe Winkelauflösung� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)� Cross-Talks (Distanz zu kurz)� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)
Laserscanner� Scans
