SENSORES EN ROBÓTICA. Sandra Isabel Vargas L.

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1 SENSORES EN ROBÓTICA Sandra Isabel Vargas L.

2 De forma similar a los seres vivos, los sensores facilitan la información necesaria para que los robots interpreten el mundo real. Todo robot debe tener al menos un sensor con el que interactuar. La mayoría de los sistemas robóticos incluyen al menos sensores de obstáculos y algún sensor de guiado por infrarrojos o ultrasonidos.

3 SENSORES Y TRANSDUCTORES Transductor es un dispositivo que transforma un tipo de variable fisica en otro, por lo general a variable electrica. Se clasifican en analogos y digitales.

4 CARACTERISTICAS DESEABLES DE LOS SENSORES Exactitud: tan alta como sea posible Precisión: poca dispersión en una serie de valores. Rango de funcionamiento Velocidad de respuesta. Calibración: debe ser fácil de calibrar Fiabilidad Coste y facilidad de funcionamiento

5 Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada precisión, velocidad e inteligencia, es preciso que tenga conocimiento de su propio estado como del estado de su entorno. La información relacionada con su estado la consigue mediante sensores internos, mientras que la que se refiere al estado de su entorno la adquiere con los sensores externos.

6 Tipos de sensores internos Presencia Inductivo Capacitivo Efecto Hall Optico Ultrasonico Contacto Velocidad: Tacogeneratriz

7 Tipos de sensores internos Posicion Analogos Digitales Potenciometros Resolver Sincro Inductosyn Encoders absolutos Encoders incrementales Regla óptica Velocidad: Tacogeneratriz

8 SENSORES DE POSICION Para el control de posicion angular se emplean encoders y resolvers. Los potenciometros se emplean pocas veces por sus bajas prestaciones.

9 ENCODERS (CODIFICADORES ANGULARES DE POSICION)

10 ENCODERS (CODIFICADORES ANGULARES DE POSICION) Constan de un disco transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre si, de un sistema de iluminación y un elemento fotoreceptor. El eje cuya posición se quiere medir va acoplado al disco transparente, cuando el eje gire se generan pulsos y contando estos pulsos es posible conocer la posición del eje.

11 ENCODERS (CODIFICADORES ANGULARES DE POSICION) otras marcas para determinar en que sentido se esta girando. Además se debe disponer de una marca especial que indique que se ha dado la vuelta completa y que debe empezarse de nuevo la cuenta. Pueden presentar problemas mecánicos, debido a la contaminación ambiental.

12 CAPTADORES ANGULARES DE POSICION (SINCRO- RESOLVERS) Captadores analógicos, se basan en la utilización de una bobina solidaria al eje excitada por una portadora, generalmente de 400 Hz, y por dos bobinas fijas situadas a su alrededor. El giro de la bobina hace que el acoplamiento de las bobinas varíe, consiguiendo que la señal resultante de estas dependa del seno del ángulo de giro

13 CAPTADORES ANGULARES DE POSICION (SINCRO- RESOLVERS) La bobina movil excitada con tensión V sen wt y girada a un angulo induce en las bobinas fijas situadas en cuadratura las siguientes tensiones: V1= V sen V2= V cos

14 CAPTADORES ANGULARES DE POSICION (SINCRO- RESOLVERS) Los sincros son análogos a los anteriores excepto que las bobinas fijas forman un sistema trifasico en estrella. Para un giro de la bobina móvil excitada con tensión V senwt, se obtienen las siguientes tensiones en el estator: V13=1.71V cos (wt)sen V32=1.71V cos (wt)sen( +120) V13=1.71V cos (wt)sen( +240)

15 CAPTADORES ANGULARES DE POSICION (SINCRO- RESOLVERS) Para poder trabajar la información obtenida es necesario pasarla a digital mediante los conversores resolver/digital (R/D). Ventajas: robustez, inmunidad a la contaminación, humedad, altas temperaturas y vibraciones.

16

17 COMPARACION ENTRE SENSORES DE POSICION ANGULAR Robustez mecanica Rango dinamico Resolucion Estabilidad termica Encoder Mala Medio Buena Buena Resolver Buena Bueno Buena Buena Potencio metro Regular malo Mala Mala

18 SENSORES LINEALES DE POSICION LVDT E INDUCTOSYN LVDT: transformador diferencial de variación lineal. Buena resolución, poco rozamiento y alta repetibilidad, alta linealidad, gran sensibilidad y respuesta dinámica elevada. Consiste en un núcleo unido al eje cuyo movimiento se quiere medir. Este núcleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios, haciendo que el movimiento varíe la inductancia entre ellos.

19 SENSORES LINEALES DE POSICION LVDT E INDUCTOSYN Reglas opticas : equivalentes a los codificadores opticos angulares. Reglas magneticas o Inductosyn: similar al resolver con la diferencia de que el rotor se desliza linelamente sobre el estator.

20 SENSORES LINEALES DE POSICION LVDT E INDUCTOSYN El estator se encuentra excitado por un V conocido que induce en el rotor dependiendo su posicion una tensión: Vs = k Vcos (2 x/p) x y p son distancias

21 SENSORES DE VELOCIDAD Normalmente se utiliza un tacogeneratriz (tacómetro) que proporciona una tensión proporcional a la velocidad de giro del eje. (valores típicos pueden ser 10 mv por rpm.) Otra manera es calcular la velocidad derivando la información obtenida en la posición.

22 SENSORES DE PRESENCIA Puede hacerse con o sin contacto con el objeto. En el caso de sensar con contacto se utiliza por lo general interruptores actuado mecánicamente mediante un vástago u otro dispositivo. Los detectores de presencia se usan como auxiliares de los detectores de posición, para indicar los limites de movimiento de las articulaciones.

23 SENSORES DE PRESENCIA Los detectores inductivos permiten detectar la presencia o contar el número de objetos metálicos sin necesidad de contacto. Los detectores capacitivos utilizan el mismo principio y en este caso los objetos a detectar no necesariamente son metálicos. Sensores basados en el efecto Hall detectan la presencia de objetos ferromagneticos.

24 SENSORES DE PRESENCIA Captadores ópticos detectan la reflexión del rayo de luz procedente del emisor sobre el objeto.

25 SENSORES DE PRESENCIA de contacto

26 SENSORES EXTERNOS Sensores tactiles Sensores de proximidad y alcance Sistemas de visión de maquina Otros sensores

27 SENSORES TACTILES Sensores de contacto y de fuerza. Los sensores de contacto proporcionan una señal de salida binaria que indica si se ha establecido o no contacto con la pieza. Los sensores de fuerza o de esfuerzos indican no solo el contacto si no que también determinan la magnitud de la fuerza de contacto entre los objetos

28 Sensores de proximidad y alcance Opticos Corrientes parásitas y campos magnéticos Sensores acústicos

29 Sensores varios Termopares termistores Pirometros Calibrador de tensión Transductores de presión Acelerometros piezoeléctricos Potenciometros Ohmetros

30 Sensores varios Microinterruptor LVDT Sensor de infrarojos Interruptores de vacio Sensores de voz etc.

31 EJEMPLOS DE ALGUNOS SENSORES TPA81 es un sensor térmico capaz de medir la temperatura de un objeto a distancia 65,99-

32 Esta formado por una matriz de 8 sensores colocados linealmente de forma que puede medir 8 puntos adyacentes simultáneamente. A diferencia de los sensores pir utilizados en sistemas de alarmas y detectores para encender luces, el sensor térmico no necesita que haya movimiento para detectar el calor. Se le puede conectar un servo estándar que es controlado por el propio sensor para hacer un barrido y tomar 32 mediciones diferentes, obteniendose un mapa térmico de 180 grados. El TPA81 es capaz de detectar una vela a 2 metros, no le afecta la luz ambiental.

33 GP2D02 sensor medidor de distancias por infrarrojos con un rango de trabajo de 10 a 80 cm, con un consumo mínimo cuando esta en reposo. 26,08-

34 El sensor utiliza solo una línea de entrada y otra de salida para comunicarse con el procesador. Su utilización es tan sencilla como mandar un pulso bajo en la entrada de control, esperar MS y leer el estado 1, (no detección), o 0 (detección) de la línea de salida para saber si se ha detectado un objeto dentro del rango ajustado.

35 El Sharp GP2D12 sensor medidor de distancias por infrarrojos que indica mediante una salida analógica la distancia medida. 15,82-

36 SRF04 sensor de distancias por ultrasonidos capaz de detectar objetos y calcular la distancia a la que se encuentra en un rango de 3 a 300 cm 22,97-

37 S El sensor pir detector de movimientos por infrarrojos resulta muy adecuado para su empleo en robots, gracias a su pequeño tamaño y bajo consumo. El sensor incluye una lente tipo fresnel de plástico que le proporciona un alcance de 5 metros y un ángulo de detección de 60 º. 16,77-

38 S Sensor de vibración sin mercurio diseñado para la detección del movimiento y la vibración.. El sensor reacciona cuando es desequilibrado por un impacto o vibración, produciendo un breve cambio de estado (pasa de abierto a cerrado o viceversa) 7,28-

39 Aplicación CNY70 Sensor infrarojo formados por un emisor y un receptor de infrarrojos, de manera cuando hay una superficie clara en frente del sensor, la luz emitida se reflejará y será detectada por el receptor de infrarrojos, y cuando se trate de una superficie oscura, ésta absorberá la luz y no llegará luz al receptor. Utilizados para seguir una linea negra

40 Conexión sensor

41

42 4 sensores, dos OR, de manera que a efectos lógicos es equivalente a tener 2 sensores con un mayor rango de visión, y de esta manera será menos probable perder de vista la línea negra. Si los dos sensores ven negro, los dos motores giran hacia delante. Si un sensor ve blanco y el otro negro, un motor se moverá hacia adelante y el otro permanecerá parado Si los dos sensores ven blanco, un motor girará hacia delante y el otro hacia atrás. El robot girará sobre su propio eje y, si no se ha separado mucho de la línea, la volverá a encontrar. No esconveniente situar los sensores cerca del eje de giro del robot.

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