Sensores. Sensores internos Sensores de presencia Sensores de posición Sensores de velocidad Sensores de fuerza

Transcripción

1 Sensores Sensores internos Sensores de presencia Sensores de posición Sensores de velocidad Sensores de fuerza Sensores externos Sensores de presencia Sensores de distancia Sensores para reconocimiento de formas sistemas de imagen sistemas táctiles Automatización y Robótica. Sensores 1

2 Sensores internos Sensores de desplazamiento angular Con contacto Codificadores de contactos Potenciómetros Sin contacto Resolvers Codificadores ópticos, magnéticos, inductivos, capacit. Sensores de desplazamiento lineal Con contacto Regletas de contactos Potenciómetros de desplazamiento lineal Sin contacto LVDT Reglas magnéticas (inductosyn) y reglas ópticas Automatización y Robótica. Sensores 2

3 Sensores de posición angular Potenciómetros Inconvenientes de los potenciómetros: Desgaste Ruido eléctrico Velocidad limitada Automatización y Robótica. Sensores 3

4 Sensores de posición angular Codificadores ópticos incrementales Automatización y Robótica. Sensores 4

5 Sensores de posición Encoders ópticos: Convierten movimiento en una secuencia de pulsos digitales. Contando un solo bit o decodificando un conjunto de ellos, los pulsos se pueden convertir en medidas de posición relativas o absolutas. Configuración lineal o rotativa (más utilizada). Los rotativos se componen de un disco plástico (transparente), al cual se acopla el eje cuya posición se quiere medir, con una serie de marcas (opacas) colocadas radialmente y equidistantes entre sí; de elementos emisores de luz y de fotorreceptores. A medida que el eje gira, el haz de luz se interrumpe con las marcas y se generan pulsos en el receptor. Contando estos pulsos es posible conocer la posición del eje. Problema de detección del sentido de giro. Automatización y Robótica. Sensores 5

6 Sensores de posición angular Encoders ópticos incrementales: Miden posiciones relativas. Dos trenes de pulsos desfasados 90º para determinar sentido de giro. Señal de paso por cero. Hasta pulsos por vuelta. Electrónica adicional. Automatización y Robótica. Sensores 6

7 Sensores de posición angular Codificadores ópticos absolutos: A - Código Gray B- Código binario Automatización y Robótica. Sensores 7

8 Sensores de posición angular Encoders ópticos absolutos: Miden posiciones absolutas. El disco transparente se divide en sectores. Cada sector posee un código binario único. Resolución fija. Automatización y Robótica. Sensores 8

9 Sensores de posición angular Código Gray (cíclico) frente a código binario Código Gray Código Binario b 2 b 1 b 0 b 2 b 1 b Automatización y Robótica. Sensores 9

10 Sensores de posición angular Resolvers / Sincroresolvers: Una bobina móvil conectada al eje de giro, y varias bobinas fijas. Al excitar la bobina móvil con una señal senoidal ( 400 Hz), en las bobinas fijas se inducen tensiones que dependen del ángulo girado. Resolver: dos bobinas fijas desfasadas 90º V 1 =Vsen(wt)senq; V 2 =Vsen(wt)cosq Sincroresolver: tres bobinas fijas desfasadas 120º (estrella): V 13 = 3Vcos(wt)senq; V 32 = 3Vcos(wt)sen(q+120º); V 21 = 3Vcos(wt)sen (q+240º); Tecnología analógica. Resolución infinita. Bajo momento de inercia. Automatización y Robótica. Sensores 10

11 Sensores de posición angular Resolvers Automatización y Robótica. Sensores 11

12 Sensores de posición Formato de salida Resolvers Sincroresolvers Automatización y Robótica. Sensores 12

13 Sensores de posición Reglas magnéticas (Inductosyn): Funcionamiento similar al de los resolvers. Los devanados secundarios son móviles y el primario es fijo. Al alimentar el devanado fijo con una tensión alterna, en los secundarios se inducen tensiones proporcionales al desplazamiento del eje: e 1 =Esen(at); e 2 =Esen(at+d) Bajo rozamiento. Resolución infinita. Automatización y Robótica. Sensores 13

14 Sensores de posición Transformador diferencial de variación lineal (LVDT): Núcleo ferromagnético, unido al eje cuyo desplazamiento se quiere medir, entre un devanado primario y dos devanados secundarios. Al mover el núcleo, la tensión alterna del primario induce tensiones diferentes en los secundarios (aumenta en uno y disminuye en otro), que son proporcionales al desplazamiento del eje. Alta linealidad y repetitividad, resolución infinita, bajo rozamiento. Automatización y Robótica. Sensores 14

15 Sensores de desplazamiento lineal LVDT: Transformador Diferencial de Variación Lineal Automatización y Robótica. Sensores 15

16 Sensores de desplazamiento lineal Inductosyn: regla magnética V i V i = a senw t V 1 = b sen(w t+a) V a V b V 2 = b sen(w t+b) La distancia entre los dos secundarios se ajusta de modo que a-b = 90º Automatización y Robótica. Sensores 16

17 Sensores de posición Comparativa de los sensores de posición angular Robustez mecánica Rango dinámico Estabilid. térm ica Encoder regular media regular buena bueno Resolución Mantenimiento Resolver buena buena buena buena bueno Potenciómetro regular mala regular mala malo Automatización y Robótica. Sensores 17

18 Medida de la velocidad Necesarios para mejorar el comportamiento dinámico de los actuadores. Se pueden utilizar los sensores de posición para medir velocidad, teniendo en cuenta el tiempo que se tarda en alcanzar una determinada posición. Tacómetros: De corriente continua o alterna. El rotor, dotado de imán permanente y unido al eje del cual se quiere medir la velocidad, induce una tensión en el estator que es proporcional a la velocidad de giro. Resoluciones de 10 mv/rpm. Convertidores frecuencia-tensión: Tecnología electrónica. Producen una tensión de salida proporcional a la frecuencia de un tren de pulsos, que pueden provenir de un sensor de posición digital, o bien de un sensor de posición analógico a través de una conversión analógica-digital. Automatización y Robótica. Sensores 18

19 Medida de esfuerzos Permiten determinar las fuerzas y pares ejercidos sobre el elemento terminal, durante la ejecución de una tarea. Pueden utilizarse para percibir la forma o posición de un objeto, midiendo la fuerza ejercida en la superficie de contacto sobre un cierto número de captadores puntuales. Galgas extensométricas: Varían su resistencia eléctrica al deformarse. Galgas de hilo: Hilo dispuesto en forma de zigzag sobre un soporte elástico. Galgas de semiconductor: Pista de semiconductor en un núcleo de silicona. En ambos casos al someter a tracción a la galga, se estira y disminuye su sección, con lo que varía su resistencia eléctrica. Montaje meticuloso, calibración laboriosa. Automatización y Robótica. Sensores 19

20 Medida de esfuerzos Galgas extensométricas: Disposición típica Medida de fuerzas de flexión Automatización y Robótica. Sensores 20

21 Medida de esfuerzos Galgas extensométricas: Medida de fuerzas de tracción y torsión. Células de carga: Conjunto integrado de galgas formando un elemento unitario de medida de fuerzas o pares. Automatización y Robótica. Sensores 21

22 Medida de esfuerzos Galgas extensométricas: Disposición en la muñeca de un robot. Automatización y Robótica. Sensores 22

23 Sensores de presencia Mecánicos: fines de carrera problemas de mantenimiento: mecánico y desgaste de contactos Ópticos emisor y receptor en un único encapsulado emisor y receptor independientes: barreras fotoeléctricas Inductivo detección de variación de consumo debido a corrientes de Focault sólo sirve para materiales metálicos Capacitivo medida de variación de capacidad materiales metálicos y no metálicos Automatización y Robótica. Sensores 23

24 Sensores de proximidad Efecto Hall mide variacción del cámpo magnético sólo materiales ferromagnéticos Célula Reed (láminas) Ultrasonidos Automatización y Robótica. Sensores 24

25 Medida de distancias Ultrasonidos rango de 15cm a 20m poca precisión: depende de condiciones ambientales incertidumbre de la procedencia del eco Láser triangulación cortas distancias (mm a 2m) precisión no uniforme en el rango de medida medida del tiempo de propagación medida del tiempo de vuelo grandes distancias (>50m) medida del desfase distancias cortas y medias (20cm a 100m) Automatización y Robótica. Sensores 25

26 Visión artificial y sistemas táctiles Visión artificial 2D: una única imagen localización de objetos reconcimiento de siluetas 3D: determinación de la estructura 3D de la escena iluminación estructurada (láser) (triangulación) estereoscopía flujo óptico Sistemas táctiles miden deformación alfombrilla resistiva trama de lectura Automatización y Robótica. Sensores 26