Sensorik - Informatik - Universität Bremen
Sensorik - Informatik - Universität Bremen
Sensorik - Informatik - Universität Bremen
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<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
<strong>Sensorik</strong><br />
Kognitive Robotik I<br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Regelung<br />
� Stellgröße<br />
� Eine Ausgangsgröße, die verändert<br />
werden kann<br />
� Ist-Größe (Messgröße)<br />
� Eine Eingangsgröße, die gemessen<br />
werden kann<br />
� Sollgröße<br />
� Ein Wert, der von der Messgröße<br />
erreicht werden soll (nicht von der<br />
Stellgröße!)<br />
� Steuerung<br />
� Verändern der Stellgröße ohne<br />
Kontrolle<br />
� Regelung<br />
� Verändern der Stellgröße in<br />
Abhängigkeit von der Ist-Größe<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Regelung – PID-Regler<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
Thomas Röfer<br />
Steuerung und Regelung<br />
Interne <strong>Sensorik</strong><br />
Rotation, Belastung, ...<br />
Externe <strong>Sensorik</strong><br />
Taktil, Infrarot, Ultraschall, ...<br />
� double � doublepControl(double pControl(doubletarget, target, double doublecurrent) current)<br />
{return {returnpFactor pFactor * * (target (target--current);} current);}<br />
� double � doubleiControl(double iControl(doubletarget, target, double doublecurrent) current)<br />
{ {<br />
sum sum += += target target--current; current;<br />
return returniFactor iFactor * * sum; sum;<br />
} }<br />
� double � doubledControl(double dControl(doublecurrent) current)<br />
{return {returndFactor dFactor * * (prev (prev--current);} current);}<br />
Prozess<br />
Stellgröße Ist-Größe<br />
Regler<br />
Sollgröße<br />
� double � doublepidControl(double pidControl(double target, target, double doublecurrent) current)<br />
{ {<br />
double doublecontrol control = pControl(target, pControl(target, current) current)<br />
+ iControl(target, iControl(target, current) current)<br />
+ dControl(current);<br />
dControl(current);<br />
prev prev = current; current;<br />
return returncontrol; control;<br />
} }<br />
3<br />
5<br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Rückblick „Motorik“<br />
Lenkmotor<br />
Antriebs-/Lenkachse<br />
Achse für<br />
Aufbau<br />
Antriebsmotor<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
Differenzieller Antrieb<br />
Stützräder<br />
Synchronantrieb Omnidirektionaler Antrieb Laufmaschinen<br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Regelung – Beispiel<br />
� Ziel<br />
� Ist-Größe soll der Sollgröße<br />
möglichst ohne Verzögerung folgen<br />
� Möglichst kein Überschießen<br />
� Beispiel<br />
� Regelung der Rollstuhllenkung<br />
� PID-Regler<br />
� Proportional<br />
� Integration<br />
� Differenziell<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Interne <strong>Sensorik</strong><br />
� Zweck<br />
Sollgröße<br />
Ist-Größe<br />
� Erfassung des internen Zustands eines Systems<br />
� Regelung der Motoren<br />
� Z.B. Erfassung von<br />
� Geschwindigkeit<br />
� Lenkradius<br />
� Gelenkstellung (bei Armen)<br />
� Schräglage<br />
� Belastung eines Motors<br />
� Batteriespannung<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
deltaProp deltaProp = (target (target- -current) current) * * INTENSITY;<br />
INTENSITY;<br />
if(current if(current < target target – TOLERANCE)<br />
TOLERANCE)<br />
deltaInt deltaInt += += STEP; STEP;<br />
else else if if (current (current > target target + TOLERANCE)<br />
TOLERANCE)<br />
deltaInt deltaInt-= -= STEP; STEP;<br />
output output = target target + deltaProp deltaProp + deltaInt; deltaInt;<br />
2<br />
4<br />
6<br />
t<br />
1
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Intern - Tachometer<br />
� Tachometer<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Intern - Absolutgeber<br />
� Tachometer<br />
� Inkrementalgeber<br />
� Absolutgeber<br />
R<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Externe <strong>Sensorik</strong><br />
� Zweck<br />
� Erfassung der Umgebung des<br />
Roboters<br />
� Passive <strong>Sensorik</strong><br />
� Erfassung der Umwelt ohne<br />
Eingriff in diese<br />
� Vorteile<br />
� Keine störenden Einflüsse, z.B.<br />
Laserlicht, Schall, etc.<br />
� Nachteile<br />
� Umgebungsabhängigkeit (messbare<br />
Größe muss ausreichend<br />
vorhanden sein, Problem z.B.<br />
„Kamera im Dunkeln“)<br />
� Ungenau<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
ω<br />
� Aktive <strong>Sensorik</strong><br />
� Aussenden von Strahlung o.ä.,<br />
deren Veränderung durch die<br />
Umgebung gemessen wird<br />
� Vorteile<br />
� Messen unter wohldefinierten<br />
Bedingungen → genau<br />
� Nachteile<br />
� Störenden Einflüsse, z.B. Knacken<br />
bei Ultraschall, Laserlicht, hohe<br />
Strahlungsdosen<br />
7<br />
9<br />
11<br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Intern - Inkrementalgeber<br />
� Tachometer<br />
� Inkrementalgeber<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Intern - Sonstige<br />
� Tachometer<br />
� Inkrementalgeber<br />
� Absolutgeber<br />
� Sonstige<br />
� Verbrauch<br />
� Belastung<br />
� etc.<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - taktil<br />
� Taktile Sensoren<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
Nachher<br />
Vorher<br />
00 01 10 11<br />
00 0 -1 1 --<br />
01 1 0 -- -1<br />
10 -1 -- 0 1<br />
11 -- 1 -1 0<br />
8<br />
10<br />
12<br />
2
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - taktil<br />
� Taktile Sensoren<br />
� Probleme<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - Kompass<br />
� Taktile Sensoren<br />
� Probleme<br />
� Kamera<br />
� Kompass<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - GPS<br />
� Taktile Sensoren<br />
� Probleme<br />
� Kamera<br />
� Kompass<br />
� Neigungsdetektor<br />
� Global Positioning System (GPS)<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
0 1<br />
0 0<br />
13<br />
15<br />
17<br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - Kamera<br />
� Taktile Sensoren<br />
� Probleme<br />
� Kamera<br />
b<br />
y<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
x<br />
z<br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - Neigungsdetektor<br />
� Taktile Sensoren<br />
� Probleme<br />
� Kamera<br />
� Kompass<br />
� Neigungsdetektor<br />
Lichtstrahlen<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - GPS<br />
� Taktile Sensoren<br />
� Probleme<br />
� Kamera<br />
� Kompass<br />
� Neigungsdetektor<br />
� Global Positioning System (GPS)<br />
� Satelliten<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
p<br />
Lampe<br />
Helligkeitssensor<br />
Öffnung Achse<br />
Pendel<br />
14<br />
16<br />
18<br />
3
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - GPS<br />
� Taktile Sensoren<br />
� Probleme<br />
� Kamera<br />
� Kompass<br />
� Neigungsdetektor<br />
� Global Positioning<br />
System (GPS)<br />
� Satelliten<br />
� Peilung<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - GPS<br />
� Taktile Sensoren<br />
� Probleme<br />
� Kamera<br />
� Kompass<br />
� Neigungsdetektor<br />
� Global Positioning<br />
System (GPS)<br />
� Satelliten<br />
� Peilung<br />
� Differenziell<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - aktiv - Ultraschall<br />
� Infrarot<br />
� Ultraschall<br />
� Hohe Entfernungsgenauigkeit<br />
� Geringe Winkelauflösung<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
19<br />
21<br />
23<br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - passiv - GPS<br />
� Taktile Sensoren<br />
� Probleme<br />
� Kamera<br />
� Kompass<br />
� Neigungsdetektor<br />
� Global Positioning System (GPS)<br />
� Satelliten<br />
� Peilung<br />
� Differenziell<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - aktiv - Infrarot<br />
� Infrarot<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - aktiv - Ultraschall<br />
� Infrarot<br />
� Ultraschall<br />
� Hohe Entfernungsgenauigkeit<br />
� Geringe Winkelauflösung<br />
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
20<br />
22<br />
24<br />
4
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - aktiv - Ultraschall<br />
� Infrarot<br />
� Ultraschall<br />
� Hohe Entfernungsgenauigkeit<br />
� Geringe Winkelauflösung<br />
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)<br />
� Cross-Talks (Distanz zu kurz)<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - aktiv - Laserscanner<br />
� Infrarot<br />
� Ultraschall<br />
� Hohe Entfernungsgenauigkeit<br />
� Geringe Winkelauflösung<br />
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)<br />
� Cross-Talks (Distanz zu kurz)<br />
� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)<br />
� Laserscanner<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
25<br />
27<br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Extern - aktiv - Ultraschall<br />
� Infrarot<br />
� Ultraschall<br />
� Hohe Entfernungsgenauigkeit<br />
� Geringe Winkelauflösung<br />
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)<br />
� Cross-Talks (Distanz zu kurz)<br />
� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
<strong>Universität</strong> <strong>Bremen</strong><br />
Senden<br />
Extern - aktiv - Laserscanner<br />
� Infrarot<br />
� Ultraschall<br />
� Hohe Entfernungsgenauigkeit<br />
� Geringe Winkelauflösung<br />
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)<br />
� Cross-Talks (Distanz zu kurz)<br />
� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)<br />
� Laserscanner<br />
� Scans<br />
Kognitive Robotik I – <strong>Sensorik</strong><br />
Ausschwingen<br />
Messung<br />
Messzeitraum<br />
26<br />
28<br />
Wartezeit<br />
t<br />
5
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