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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 Regelung PID-Regler double doublepcontrol(double pcontrol(doubletarget, target, double doublecurrent) {return {returnpfactor **(target (target- -current);} double doubleicontrol(double icontrol(doubletarget, target, double doublecurrent) {{ sum sum += += target target- -current; return returnifactor ** sum; sum; }} double doubledcontrol(double dcontrol(doublecurrent) {return {returndfactor **(prev (prev- -current);} double doublepidcontrol(double pidcontrol(doubletarget, target, double doublecurrent) {{ double doublecontrol = pcontrol(target, pcontrol(target, current) current) + icontrol(target, icontrol(target, current) current) + dcontrol(current); dcontrol(current); prev prev = current; current; return returncontrol; }} 5

6 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

7 Intern - Tachometer Tachometer 7

8 Intern - Inkrementalgeber Tachometer Inkrementalgeber Vorher Nachher

9 Intern - Absolutgeber Tachometer Inkrementalgeber Absolutgeber R ω 9

10 Intern - Sonstige Tachometer Inkrementalgeber Absolutgeber Sonstige Verbrauch Belastung etc. 10

11 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 11

12 Extern - passiv - taktil Taktile Sensoren 12

13 Extern - passiv - taktil Taktile Sensoren Probleme

14 Extern - passiv - Kamera Taktile Sensoren Probleme Kamera b y x z p 14

15 Extern - passiv - Kompass Taktile Sensoren Probleme Kamera Kompass 15

16 Extern - passiv - Neigungsdetektor Taktile Sensoren Probleme Öffnung Achse Kamera Kompass Lampe Pendel Neigungsdetektor Helligkeitssensor Lichtstrahlen 16

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

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

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

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

21 Extern - passiv - GPS Taktile Sensoren Probleme Kamera Kompass Neigungsdetektor Global Positioning System (GPS) Satelliten Peilung Differenziell 21

22 Extern - aktiv - Infrarot Infrarot 22

23 Extern - aktiv - Ultraschall Infrarot Ultraschall Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung 23

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

25 Extern - aktiv - Ultraschall Infrarot Ultraschall Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) Cross-Talks (Distanz zu kurz) 25

26 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 26

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

28 Extern - aktiv - Laserscanner Infrarot Ultraschall Hohe Entfernungsgenauigkeit Geringe Winkelauflösung Spiegelreflektionen (Distanz zu lang) Cross-Talks (Distanz zu kurz) Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit) Laserscanner Scans 28

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