Escuela Politécnica, Carrera: ITIS

Transcripción

1 Miguel García Fernández - 1 -

2 ÍNDICE 1. Introducción Clasificación Sensores de Posición Potenciómetros Fotodiodo Sensores de Velocidad Sensores de Aceleración Acelerómetro Sensores de Proximidad Ultrasonidos Ópticos Sensores de Tacto Varillas Sensores de Fuerza Galgas de Extensión Sensores de Visión Cámara CCD... 8 Bibliografía

3 1. INTRODUCCIÓN: Un sensor es un dispositivo que detecta, o sensa manifestaciones de cualidades o fenómenos físicos, como la energía, velocidad, aceleración, tamaño, cantidad, etc. En definitiva es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir, en otra, que facilita su medida. 2. CLASIFICACIÓN: En la actualidad disponemos de un variado abanico de sensores según la magnitud a medir. Una clasificación de los mismos podría ser la siguiente: Internos: Obtienen información sobre el propio robot. Posición (potenciómetros, fotodido...). Velocidad (eléctricos, ópticos...). Aceleración (acelerómetros ). Externos: Captan información sobre lo que rodea al robot Sensores de posición: Proximidad (reflexión lumínica, láser, ópticos, ultrasonido...). Tacto (varillas, presión, polímeros...). Fuerza (galgas extensiométricas, corriente en motores, deflexión...). Visión (cámaras de tubo, CCD lineales, cámaras CCD...). Indican en que punto de su recorrido permitido se encuentra una articulación Potenciómetros: Consisten en un contacto que se mueve sobre un hilo de material resistivo (p. ej. constantán) arrollado en espiral. La resistencia es proporcional a la cantidad de hilo desde el inicio hasta la posición del contacto móvil

4 De esta manera indirectamente podemos controlar la intensidad de corriente que hay por una línea, si lo conectamos en serie, o la diferencia de potencial, de hacerlo en paralelo. Su resolución no suele se muy buena Fotodiodo: Es usado en los optointerruptores (no detectan cual es la posición de la articulación, sino solo si esta ha llegado o no a un punto determinado de su recorrido), construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior, generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad Sensores de Velocidad: Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que mueven las distintas partes del robot. La forma más popular de conocer la velocidad del giro de un motor, es utilizar para ello una dinamo tacométrica acoplada al eje del que queremos saber su velocidad angular, ya que este dispositivo nos genera un nivel determinado de tensión continua en función de la velocidad de giro de su eje, pues si conocemos a que valor de tensión corresponde una determinada velocidad, podremos averiguar de forma muy fiable a qué velocidad gira un motor. De todas maneras, este tipo de sensores al ser mecánicos se deterioran, y pueden generar errores en las medidas. Existen también otros tipos de sensores para controlar la velocidad, basados en el corte de un haz luminoso a través de un disco perforado sujetado al eje del motor, dependiendo de la frecuencia con la que el disco corte el haz luminoso indicará la velocidad del motor. 2.3 Sensores de Aceleración: Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia debido a la fuerza que este experimenta, la cual tiende a ponerle en movimiento

5 2.3.1 Acelerómetro: Miden la aceleración del dispositivo al que van físicamente unidos, y se basan en la ley de Newton. Al mover el cuerpo con cierta aceleración a aparece sobre él una fuerza de inercia, F = ma, que puede ser medida con un resorte, usando la ley de Hooke, F = kx, siendo x el alargamiento del resorte y k su constante elástica. Para medir el alargamiento se puede a su vez usar un encoder lineal (rueda dentada que detecta el movimiento mecánico y traducen la información (velocidad, posición, aceleración) a datos eléctricos útiles). 2.4 Sensores de Proximidad: Ultrasonidos: Estos son uno de los tipos más usados de sensores de distancia sin contacto físico. Se basan en emitir pulsos de ultrasonidos, y medir el tiempo de vuelo entre la emisión y la recepción, conociendo la velocidad del sonido (340 m/s, en aire seco a 200C, y varía con la temperatura). La frecuencia de emisión es fija, normalmente 40 KHz. En la estructura de un transductor ultrasónico típico utilizado para detección de proximidad el elemento básico es un transductor electroacústico, frecuentemente del tipo cerámico piezoeléctrico. La capa de resina protege al transductor contra la humedad, polvo y otros factores ambientales y también actúa como un adaptador de impedancia acústica. Puesto que el mismo transductor se suele utilizar para la transmisión y la recepción, un amortiguamiento rápido de la energía acústica es necesario para detectar objetos a pequeña distancia. Esta operación se realiza proporcionando absorbedores acústicos y desacoplando el transductor de su receptáculo. Este último está diseñado de modo que produzca un haz acústico estrecho para una eficaz transferencia de energía y una mejor direccionalidad de la señal

6 Ópticos: Los sensores de proximidad ópticos son similares a los sensores ultrasónicos en el sentido de que detectan la proximidad de un objeto por su influencia sobre una onda propagadora que se desplaza desde un transmisor hasta un receptor. Uno de los métodos más utilizados para detectar la proximidad por medio de ópticos se muestra en la figura. Este sensor está constituido por un diodo emisor de luz de estado sólido (LED), que actúa como un transmisor de luz infrarroja y un fotodiodo de estado sólido que actúa como el receptor. Los conos de luz formados enfocando la fuente y el detector en el mismo plano se intersectan en un volumen largo en forma de lápiz. Este volumen define el campo de operación del sensor, puesto que una superficie reflectora que intersecta el volumen se ilumina por la fuente y es vista simultáneamente por el receptor. Dicho de otro modo, una superficie localizada en cualquier lugar en el volumen producirá una lectura. Aunque es posible calibrar la intensidad de estas lecturas como una función de la distancia para características reflectoras y orientaciones del objeto conocidas, la aplicación típica está en un modo en donde una señal binaria recibe una intensidad de luz superior a un valor umbral

7 2.5. Sensores de Tacto: Estos sensores se utilizan en robótica para obtener información asociada con el contacto entre una mano manipuladora y objetos en el espacio de trabajo. Cualquier información puede utilizarse, por ejemplo, para la localización y el reconocimiento del objeto, así como para controlar la fuerza ejercida por un manipulador sobre un objeto dado Varillas: Son simplemente una matriz de varillas que se coloca horizontalmente y desciende hasta hacer contacto con el objeto. Si es de tipo ON/OFF, hay que bajarlo hasta que todos los sensores se activan, y entonces ir subiendo lentamente y tomar nota del instante en que cada uno se desactiva. 2.6 Sensores de Fuerza: Este tipo de sensores, se encuentran basados en su mayor parte en el empleo de galgas extensométrica (o de extensión), que son unos dispositivos que cuando se les aplica una fuerza, ya puede ser una tracción o una compresión, varia su resistencia eléctrica, de esta forma podemos medir la fuerza que se está aplicando sobre un determinado objeto Galgas de Extensión: Una galga de extensión se construye sobre un metal de coeficiente de elasticidad dado, adosándole un alambre, una tira semiconductora o pistas conductoras. Al deformarse el soporte de la galga, se "estira" o se "comprime" el sensor, variando así su resistencia. El cambio de resistencia será, precisamente, el reflejo de la deformación sufrida. En términos de su caracterización, dada la resistencia R sin deformación, la aplicación de una fuerza F deformante producirá un cambio de resistencia, R, cuya medición permite calcular la fuerza mediante: - 7 -

8 Donde se ha definido una constante "G", conocido como la constante de la galga y que suele variar entre 2 y 2,2 para galgas de soporte metálico. 2.7 Sensores de Visión: Como su nombre indica, envían al software de control y programación del robot una imagen de la escena o área de trabajo, que programas adecuados deben encargarse de interpretar para extraer la información útil sobre posiciones y orientaciones de los objetos presentes (o simplemente, su presencia o ausencia). Este objetivo entra dentro del campo de la visión por computador. Por otra parte, los dispositivos de captura de la imagen son cámaras de televisión, bien de tubo de rayos catódicos, bien de tipo CCD, las más usadas hoy día en aplicaciones robóticas Cámara CCD: La cámara CCD (charge-coupled-device) es un sensor de imagen que utiliza elementos semiconductores fotosensibles en forma de arreglos matriciales. Los receptores activos de este arreglo son distribuidos en píxeles individuales. En un sensor CCD se transforma la energía de la luz incidente en energía eléctrica. La carga eléctrica almacenada en la celda es posteriormente transportada utilizando un registro de desplazamiento (shift register) para conformar una señal de vídeo. Cabe señalar que en las cámaras CCD se discretiza la imagen en píxeles, sin embargo el valor de la carga eléctrica almacenado en cada celda no se digitaliza en el arreglo CCD sino en una conversión posterior realizada por un conversor análogico digital

9 Las cámaras CCD son consideradas como dispositivos que poseen una muy baja deformación geométrica de la imagen, una muy buena sensibilidad a la luz y una muy buena resolución llegando típicamente a los píxeles. El tiempo de captura de la imagen está típicamente en el rango de 1/60s y 1/10000s. La formación geométrica de la imagen se considera como una transformación de las coordenadas x. y en un nuevo sistema de coordenadas u, v

10 BIBLIOGRAFÍA - Robótica. Apuntes para la asignatura. Autor: Juan Domingo Esteve Universidad de Valencia. - Robótica. Guía del Estudiante. Parallax inc. - Introducción a la Robótica GSyC. - Wikipedia.org - roboticajoven.mendoza.edu.ar - cfievalladolid2.net - cipres.cec.uchile.cl/