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www.verlab.dcc.ufmg.br
Sensores para robótica
Guilherme Augusto Silva PereiraOutubro de 2000
Percepção
Ação
Robótica
Percepção
Eletrônica Básica
Eletrônica Básica
Resistor
Resistores Variáveis: Potenciômetro; LDR; Strain-Gage.
R
Riv R
vi
+ -
v
i
1/R = G
Eletrônica Básica
Indutor
Capacitor
dt
diLv
dt
dvCi
vi
L
+ -
+ -
C
vi
Eletrônica Básica
Associações
Resistores
Indutores
Capacitores
Série Paralelo
Z1 Z2
Z2
Z2
21 RRRT 21
111
RRRT
21 LLLT 21
111
LLLT
21
111
CCCT
21 CCCT
Eletrônica Básica
Diodo
D
vi
+ -
v
i
v
i
Eletrônica Básica
Transistor
Amplificador Operacional
ib
ic
ie
+
-vce
ic
ie
ib+
-vce
+
- iovcci1
i2
Eletrônica Básica
Amplificador Inversor
R2
vcc
+
-R1
vivo
io vR
Rv
1
2
Eletrônica Básica
Leis de Kirchhoff A soma das correntes que entram em
um nó é igual a soma das correntes que saem deste nó.
i1 i2
i3
i4
4321 iiii
Eletrônica Básica
Leis de Kirchhoff A soma das tensões ao longo de
qualquer percurso fechado é zero.
0
0
0
0
0
2
2
21
1
2
1
21
2
1
vvv
vvv
vvvv
vvvv
vv
RC
DCR
DRR
DR
R+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
v1
v2
R1 D
R2C
+-
Análise em Freqüência
Representação dos Sinais
Representação por série de Fourier:
1
sencos)(n
onono tnbtnaatf
To
2
Representação dos Sinais
1
T-T
f(t)
t
tnn
tf on
imparnn
cos12
2
1)( 21
1
wwo 3wo 5wo 7wo
1/2
|F(w)|
Filtros
Filtrox(t) y(t)
w
1
|)(|
|)(|
X
Y
wc
Filtros|)(|
|)(|
X
Y
w
Rejeita Tudo
Passa-Baixas
Passa-Altas
Passa-Faixa
Rejeita-Faixa
Filtros
1
T-T
f(t)
t
PB G(w)
f1(t)1
T-T t
wwo 3wo 5wo 7wo
1/2
|F(w)|
wwo 3wo 5wo 7wo
|G(w)|
1
wwo 3wo 5wo 7wo
1/2
|F1(w)|
x
=
Filtros
1
T-T
f(t)
t
PA G(w)
wwo 3wo 5wo 7wo
1/2
|F(w)|
wwo 3wo 5wo 7wo
|G(w)|
1x
=
1/2
T-T
f1(t)
t-1/2
wwo 3wo 5wo 7wo
1/2
|F1(w)|
Amostragem
t(s)T
f(t)
Amostragem
f(hz)fo-fo
f(hz)fo-fo 1/T 2/T
Amostragem
Teorema da amostragem: Se a transformada de Fourier de uma função é nula para |w|>2f rad/s, esta função é unicamente determinada por suas amostras obtidas em intervalos regulares menores que 1/(2f )s.
Corolário: A freqüência de amostragem deve ser maior que duas vezes a maior freqüência do sinal.
Amostragem
Aliasing
f(hz)fo-fo f1-f1
f(hz)fo-fo f1-f1 1/T
Caracterização dos Sensores
Classificação dos Sensores
Passivos x Ativos
Ex.:Chaves;Resistores Variáveis;Célula Fotoelétrica;Cristal Piezoelétrico.
Sensorentrada saída
Energia Auxiliar
Classificação dos Sensores
Analógicos x Digitais Ex.:
Chaves;Potenciômetro;Encoder.
Absolutos x Incrementais Ex.:
Potenciômetro;Servo como sensor.
Especificação do Desempenho
Exatidão x Precisão
biasv rv
Características Estáticas
Linearidade
Sensibilidade
Range
Histerese
x
y
V(v)
)(rad
radvs 5,0
max
Características Estáticas
Resolução
Limiar
V(v)
)(rad2 4 6 8
123
Res=2 rad
V(v)
)(rad10
Características Dinâmicas
Dinâmica
t(s)
T(graus)
Sensor
Temperatura Real
63,2%
f(hz)
1
|)(|
|)(|
X
Y
/1
Características Dinâmicas
Atraso ou tempo morto
t(s)
Sensor
Posição Real
d
X(m)
Tipos de Sensores
Funções dos Sensores
Cinemáticos posição orientação velocidade aceleração proximidade
Dinâmicos conjugado força tato
Outros presença som luz temperatura tensão corrente
Sensores de posição e orientação
Potenciômetro Revolução Linear
Vantagens: barato; simples; absoluto; robusto.
Desvantagens: pouco exato; baixa resolução; impõe carga ao
sistema.
Sensores de posição e orientação
Encoders incremental absoluto
Vantagens: alta resolução; sem contatos
mecânicos; alta
repetibilidade.
Desvantagens: frágil; necessita de
circuitos para contar os pulsos;
caro.
Sensores de posição e orientação
LVDT (Linear Variable Differencial Transformers)
Vantagens: alta resolução; boa sensibilidade.
Desvantagens: necessita de
freqüente calibração;
caro; condicionamento
do sinal é caro.
Sensores de posição e orientação
Bússola
Vantagens: absoluto; digital;
Desvantagens: apresenta
problemas em ambientes internos;
pouco preciso.
Sensores de posição e orientação
GPS e (GPS diferencial)
Vantagens: absoluto;
Desvantagens: caro; pouco preciso
militar - 22 metros precisão horizontal e 27.7 metros precisão vertical;
civil - 100 metros e 156 metros.
Sensores de velocidade
Tacômetro Vantagens:
robusto; analógico;
Desvantagens: manutenção cara; pesado; produz muito ruído.
Sensores de velocidade
Encoders: Usando FVC:
ruído pequeno; atraso de tempo; transformação de
digital para analógico.
Usando software: fácil de construir
em computadores digitais;
atraso de tempo; muito ruidoso.
Sensores de velocidade
Giroscópios ou girômetros.
Sensores de Aceleração
Acelerômetros muito ruidoso; úteis para
medição de derrapagem.
M
yKa
Sensores de Proximidade
Óticos Simples; Barato; muito bom detetor
de presença (on-off);
Não é robusto com respeito à iluminação ambiente;
Calibração depende da textura.
ic
ie
+
-vce
Lente
Fonte de luz
Detector
Sensores de Proximidade
Ultra-som Aplicação de pulsos
de 40 a 60kHz por 1 msec.
Precisão de 1 % do valor máximo.
Ângulo de 30 graus que causa reflexões indesejadas.
Sensores de Proximidade
Capacitivos
Resistivos
Indutivos
Conjugado e Força
Strain-Gages
Tato
Requerem contato físico entre o sensor e o objeto.
Podem ser construídos com chaves ou com dispositivos mais elaborados.