Corso di Percezione Robotica PRo B Modulo di
Corso di Percezione Robotica (PRo) B. Modulo di Percezione Artificiale Sistemi sensoriali artificiali antropomorfi e non antropomorfi
Sommario della lezione z. Definizione di trasduttore e di sistema sensoriale zclassificazione dei trasduttori e delle modalità sensoriali zrequisiti fondamentali dei sensori zsensori di distanza e di prossimità: triangolazione, metodi basati su luce strutturata e sul tempo di volo, sensori induttivi, a effetto Hall, capacitivi, a ultrasuoni, ottici Riferimenti bibliografici: Fu, Gonzalez, Lee, “Robotica”, Mc. Graw-Hill Russel, “Robot Tactile Sensing”, Prentice Hall
Definizione di sensore e trasduttore z. SENSORE: parte di un sistema di misura che risponde al particolare parametro fisico che deve essere misurato z. TRASDUTTORE: il componente del sistema che trasferisce l’informazione in forma di energia da una parte all’altra del sistema, a volte cambiando la forma di energia che contiene l’informazione
Elaborazione dei dati di misura INPUT PREELABORAZIONE SENSORE / TRASDUTTORE POSTELABORAZIONE OUTPUT
Schema di sistema per l’elaborazione dell’informazione sensoriale QUANTITA’ DA MISURARE TRASDUTTORE DI INPUT (SENSORE) OUTPUT DEL SISTEMA PROCESSORE TRASDUTTORE DI OUTPUT (ATTUATORE)
Classificazione dei trasduttori Sul tipo di energia in ingresso z Radiante - onde elettromagnetiche: yintensità, frequenza, polarizzazione e fase z Meccanica - parametri esterni della materia: yposizione, velocità, dimensione, durezza, forza z Termica: ytemperatura, gradiente di temperatura, calore z Elettrica: ypotenziale, corrente, resistenza, capacità z Magnetica: yintensità di campo, densità del flusso, permeabilità z Chimica - struttura interna della materia: yconcentrazioni, struttura del cristallo, stato di aggregazione
Trasformazioni di energia in un trasduttore ENERGIA IN INGRESSO ENERGIA AUSILIARIA ENERGIA IN USCITA CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE NESSUNA CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE
Trasformazioni di energia in un trasduttore - Es: ENCODER OTTICO ENERGIA IN INGRESSO ENERGIA AUSILIARIA ENERGIA IN USCITA CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE NESSUNA CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE
Rappresentazione tridimensionale della classificazione dei trasduttori
Requisiti fondamentali di un sensore artificiale z. Linearità zbassa isteresi zripetibilità zalta risoluzione zalta sensibilità zbassa sensibilità al rumore
Linearità Se la funzione caratteristica input/output di un sensore viene rappresentata graficamente su una scala lineare, la LINEARITÀ è un’indicazione della deviazione dell’output misurato del sensore rispetto ad una linea retta. La linea retta può essere scelta in vari modi. Ad es: 1) linea retta tra i punti dagli output del sensore relativi agli input 0 e 100% 2) linea retta che meglio approssima la curva dell’output del sensore con il metodo dei minimi quadrati
Isteresi Se un sensore è affetto da ISTERESI, per uno stesso valore di input l’output può variare in funzione del fatto che l’input stia crescendo o decrescendo al momento della misurazione
Ripetibilità Quando uno stesso valore di input è applicato ad un sensore, la RIPETIBILITÀ è una misura della variabilità nell’output del sensore (detta anche PRECISIONE)
Risoluzione La RISOLUZIONE è la minima variazione nell’input che determina una variazione nell’output del sensore
Sensibilità Una piccola variazione dell’input provoca una piccola variazione corrispondente nell’output. La SENSIBILITÀ è la variazione dell’output divisa per la variazione dell’input
Rumore Il RUMORE è il livello di segnale presente nell’output del sensore non provocato dall’input del sensore
Modalità sensoriali artificiali zolfatto zgusto zudito zdistanza/prossimità ztatto (percezione aptica): ypropriocezione yesterocezione: xforza/coppia xcontatto xproprietà termiche xrugosità zvisione
Misurazione della distanza: triangolazione Se due dispositivi a distanza nota possono ‘puntare’ lo stesso punto di un oggetto, allora la distanza dell’oggetto può essere calcolata conoscendo gli angoli di puntamento. TRIANGOLAZIONE PASSIVA: utilizza due dispositivi di acquisizione di immagini TRIANGOLAZIONE ATTIVA: utilizza un dispositivo di acquisizione di immagini ed una sorgente di luce controllata
Misurazione della distanza: luce strutturata E’ un’estensione della triangolazione attiva che utilizza una figura luminosa anziché un punto luminoso e calcola la distanza in base alla distorsione della figura
Misurazione della distanza: tempo di volo La misura della distanza di un oggetto è data dalla misura del tempo che un dato segnale impiega a raggiungere l’oggetto e a tornare indietro d = (v x t)/2 d = distanza dell’oggetto v = velocità del segnale t = tempo impiegato dal segnale per raggiungere l’oggetto e tornare indietro
Percezione della prossimità Percezione della presenza di un oggetto in un certo spazio z. Switches z. Sensori induttivi z. Sensori ad effetto Hall z. Sensori capacitivi z. Sensori ad ultrasuoni z. Sensori ottici (ad infrarossi) z. Whiskers
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