Sensorik. Thomas Röfer. Steuerung und Regelung Interne Sensorik Rotation, Belastung,... Externe Sensorik Taktil, Infrarot, Ultraschall,...

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Jakob Esser
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1 Sensorik Thomas Röfer Steuerung und Regelung Interne Sensorik Rotation, Belastung,... Externe Sensorik Taktil, Infrarot, Ultraschall,... Kognitive Robotik I

2 Rückblick Motorik Antriebs-/Lenkachse Differenzieller Antrieb Stützräder Synchronantrieb Omnidirektionaler Antrieb Laufmaschinen Achse für Aufbau Lenkmotor Antriebsmotor 2

3 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 Stellgröße Prozess Regler Sollgröße Ist-Größe 3

4 Regelung Beispiel Ziel Ist-Größe soll der Sollgröße möglichst ohne Verzögerung folgen Möglichst kein Überschießen Beispiel Regelung der Rollstuhllenkung PID-Regler Proportional Integration Differenziell Sollgröße Ist-Größe t deltaprop deltaprop = (target (target- -current) ** INTENSITY; INTENSITY; if(current if(current < target target TOLERANCE) TOLERANCE) deltaint deltaint += += STEP; STEP; else else if if (current (current > target target + TOLERANCE) TOLERANCE) deltaint deltaint-= -= STEP; STEP; output output = target target + deltaprop deltaprop + deltaint; deltaint; 4

5 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 5

6 Intern - Tachometer Tachometer 6

7 Intern - Inkrementalgeber Tachometer Inkrementalgeber Vorher Nachher

8 Intern - Absolutgeber Tachometer Inkrementalgeber Absolutgeber R ω 8

9 Intern - Sonstige Tachometer Inkrementalgeber Absolutgeber Sonstige Verbrauch Belastung etc. 9

10 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 10

11 Extern - passiv - taktil Taktile Sensoren 11

12 Extern - passiv - taktil Taktile Sensoren Probleme

13 Extern - passiv - Kamera Taktile Sensoren Probleme Kamera b y x z p 13

14 Extern - passiv - Kompass Taktile Sensoren Probleme Kamera Kompass 14

15 Extern - passiv - Neigungsdetektor Taktile Sensoren Probleme Kamera Kompass Neigungsdetektor Lampe Öffnung Pendel Achse Helligkeitssensor Lichtstrahlen 15

16 Extern - passiv - GPS Taktile Sensoren Probleme Kamera Kompass Neigungsdetektor Global Positioning System (GPS) 16

17 Extern - passiv - GPS Taktile Sensoren Probleme Kamera Kompass Neigungsdetektor Global Positioning System (GPS) Satelliten 17

18 Extern - passiv - GPS Taktile Sensoren Probleme Kamera Kompass Neigungsdetektor Global Positioning System (GPS) Satelliten Peilung 18

19 Extern - passiv - GPS Taktile Sensoren Probleme Kamera Kompass Neigungsdetektor Global Positioning System (GPS) Satelliten Peilung Differenziell 19

20 Extern - passiv - GPS Taktile Sensoren Probleme Kamera Kompass Neigungsdetektor Global Positioning System (GPS) Satelliten Peilung Differenziell 20

21 Extern - aktiv - Infrarot Infrarot 21

22 Extern - aktiv - Ultraschall Infrarot Ultraschall Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung 22

23 Extern - aktiv - Ultraschall Infrarot Ultraschall Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) 23

24 Extern - aktiv - Ultraschall Infrarot Ultraschall Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) Cross-Talks (Distanz zu kurz) 24

25 Extern - aktiv - Ultraschall Infrarot Ultraschall Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) Cross-Talks (Distanz zu kurz) Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit) Senden Ausschwingen Messung Messzeitraum Wartezeit t 25

Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) Cross-Talks

26 Extern - aktiv - Laserscanner Infrarot Ultraschall Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) Cross-Talks (Distanz zu kurz) Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit) Laserscanner 26

27 Extern - aktiv - Laserscanner Infrarot Ultraschall Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) Cross-Talks (Distanz zu kurz) Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit) Laserscanner Scans 27

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