Robótica Elementos básicos de un robot ACTUADORES Y SENSORES Control Actuadores Sistema electromecánico Mundo Sensores Robot Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Motores de corriente continua • Devanados en rotor • Conmutación electromecánica (colector) • Velocidad = f(Intensidad) ACTUADORES Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática M.A.S. Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 1 Robótica Motores de corriente continua sin escobillas • Devanados en estator • Conmutación electrónica • Sensores de posición del rotor Motores paso a paso • Permite control de posición en bucle abierto (si no se pierden pasos) Paso completo Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Motores de corriente alterna M.A.S. Robótica Robótica Miguel Ángel Salichs Reductores • Velocidad = f(frecuencia) • Es necesario un control electrónico Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Medio paso • Permiten aumentar el par / reducir la velocidad Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 2 Robótica Tipos de sensores • • • • • SENSORES Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Tipos de sensores • • • • • M.A.S. Robótica Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Sensores de posición / movimiento del robot Posición / Movimiento del robot Contacto Distancia del entorno Posición relativa de balizas activas Posición relativa de objetos / reconocimiento de objetos Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Posición / Movimiento del robot Contacto Distancia del entorno Posición relativa de balizas activas Posición relativa de objetos / reconocimiento de objetos • Sensores angulares • Sensores inerciales Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 3 Robótica Sensores de posición / movimiento del robot Sensores de posición / movimiento del robot Sensores angulares Sensores angulares • Potenciómetros • Sincro/Resolvers • Encoders Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Potenciómetros Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Sensores de posición / movimiento del robot Sensores de posición / movimiento del robot Sensores angulares Sensores angulares Sincro/Resolvers Encoders Sincro: 120º Resolver: 90º Incremental Absoluto Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática M.A.S. Miguel Ángel Salichs Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 4 Robótica Sensores de posición / movimiento del robot Sensores de posición / movimiento del robot Sensores inerciales (I) Sensores inerciales (II) • Giróscopos mecánicos Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática • Otros tipos de giróscopos Robótica Miguel Ángel Salichs Sensores de posición / movimiento del robot Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Sensores inerciales (IV) • Acelerómetros • Sistemas de Navegación Inercial (INS) – La posición se mide integrando dos veces la señal de acelerómetros • Pequeños errores crecen en el tiempo como consecuencia de la integración M.A.S. Miguel Ángel Salichs Sensores de posición / movimiento del robot Sensores inerciales (III) Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Robótica Miguel Ángel Salichs – Los ángulos se miden con giróscopos – La posición se mide con acelerómetros Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 5 Robótica Tipos de sensores • • • • • Sensores de contacto Movimiento del robot Contacto Distancia del entorno Posición relativa de balizas activas Posición relativa de objetos / reconocimiento de objetos Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica • Sensores de tacto – Todo / Nada – Continuos • Sensores de fuerza / par Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Tipos de sensores Robótica Miguel Ángel Salichs Medida de distancia del entorno • Principio físico • • • • • Movimiento del robot Contacto Distancia del entorno Posición relativa de balizas activas Posición relativa de objetos / reconocimiento de objetos – – – – Tiempo de vuelo Desfase Triangulación Intensidad • Tipo de señal – Radio (RAdio Direction And Ranging RADAR) – Luz (LIght Direction And Ranging LIDAR) • Ordinaria • Laser – Sonido (SOund Navigation And Ranging SONAR) Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática M.A.S. Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 6 Robótica Medida de distancia del entorno Medida de distancia del entorno Lidar SONAR • Mide el tiempo de vuelo • Ventajas • Principio físico – – – – – Barato • Desventajas – Ancho del haz – Reflexiones – Lento Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Medida de distancia del entorno Medida de distancia del entorno LIDAR. Sistemas basados en medida de tiempo de vuelo LIDAR. Sistemas basados en medida de desfase • Envían un pulso muy breve • Sistema de medida de distancia a un punto Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática M.A.S. Tiempo de vuelo Desfase Intensidad Triangulación Robótica Miguel Ángel Salichs • Envían una señal continua • Sistema de medida de distancia a un punto • El rango de medida depende de la longitud de onda de la modulación Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 7 Robótica Medida de distancia del entorno Medida de distancia del entorno LIDAR. Medidas espaciales con sistemas puntuales LIDAR. Comparación • Para tener medidas espaciales son necesarios sistemas de espejos que hagan el correspondiente barrido • Los LIDAR basados en tiempo de vuelo son mejores que los basados en medida de desfase en: – Distancia – Falta de ambigüedad de la medida • Los LIDAR basados en medida de desfase son mejores que los basados en tiempo de vuelo en: – Precisión Son los más usados en robótica Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática • • • • • Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Medida de distancia del entorno Medida de distancia del entorno LIDAR. Sistemas basados en intensidad reflejada LIDAR. Sistemas basados en triangulación (I) Iluminación: IR Detector: Sensor IR Muy poco precisos Solo para pequeñas distancias La medida depende del color del objeto que refleja la luz Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática M.A.S. Robótica Robótica Miguel Ángel Salichs • Iluminación: Láser • Detector: Cámara TV Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 8 Robótica Medida de distancia del entorno Tipos de sensores LIDAR. Sistemas basados en triangulación (II) • Iluminación: Láser / LED • Detector: CCD / PSD Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática • • • • • Robótica Miguel Ángel Salichs Medida de posición relativa de balizas activas Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Medida de posición relativa de balizas activas. Balizas emisoras de campos magnéticos • Baliza: Campo magnético terrestre • Sensores: Brújulas magnéticas • Tipos de balizas – – – – – Movimiento del robot Contacto Distancia del entorno Posición relativa de balizas activas Posición relativa de objetos / reconocimiento de objetos Emisoras de campos magnéticos Emisoras de campos gravitatorios Emisoras de radio-frecuencia Emisoras de ultrasonidos Emisoras de luz – Existen distintos tipos, basados en las diferentes formas de medir un campo magnético. – Sufren interferencias con líneas eléctricas y estructuras de acero. • Medidas – Distancia – Orientación Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática M.A.S. Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 9 Robótica Medida de posición relativa de balizas activas. Medida de posición relativa de balizas activas. Balizas emisoras de campos gravitatorios Balizas emisoras de señales de radio (I) • Baliza: Campo gravitatorio terrestre • Sensores: Inclinómetros Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica • Global Positioning System (GPS) – Basado en medida de distancia a 4 satélites (por desfase) Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Medida de posición relativa de balizas activas. Medida de posición relativa de balizas activas. Balizas emisoras de señales de radio (II) Balizas emisoras de señales de ultrasonidos • GPS diferencial Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática M.A.S. Robótica • GPS basado en desfase de onda portadora Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs 10 Robótica Medida de posición relativa de balizas activas. Tipos de sensores Balizas emisoras de señales luminosas • • • • • • Balizas naturales – Estrellas Movimiento del robot Contacto Distancia del entorno Posición relativa de balizas activas Posición relativa de objetos / reconocimiento de objetos • Balizas artificiales – LEDs – Tubos fluorescentes – etc. Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Medida de posición relativa de objetos Medida de posición relativa de objetos Sistemas basados en marcas ópticas pasivas • Marcas ópticas pasivas • Reflectores – Reflectores – Marcas visuales • Objetos naturales Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs • Marcas visuales M.A.S. 11 Robótica Medida de posición relativa de objetos Medida de posición relativa de objetos Objetos naturales Objetos naturales • Visión artificial • Visión estereoscópica – Una cámara (Flujo óptico) – Dos cámaras Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs Univ. Carlos III de Madrid Ing. de Sistemas y Automática Robótica Miguel Ángel Salichs • Flujo óptico M.A.S. 12
