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Universität Bremen
Kognitive Robotik I
Sensorik
Thomas Röfer
Steuerung und Regelung
Interne Sensorik
Rotation, Belastung, ...Externe Sensorik
Taktil, Infrarot, Ultraschall, ...
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2
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Rückblick „Motorik“Antriebs-/Lenkachse
Stützräder
Differenzieller Antrieb
Lenk
mot
or
Achse fürAufbau
Antriebsmotor
Synchronantrieb Omnidirektionaler Antrieb Laufmaschinen
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3
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Regelung
� Stellgröße
� Eine Ausgangsgröße, die verändert werden kann
� Ist-Größe (Messgröße)
� Eine Eingangsgröße, die gemessen werden kann
� Sollgröße
� Ein Wert, der von der Messgröße erreicht werden soll (nicht von der Stellgröße!)
� Steuerung
� Verändern der Stellgröße ohne Kontrolle
� Regelung
� Verändern der Stellgröße in Abhängigkeit von der Ist-Größe
Prozess
Regler
Stellgröße Ist-Größe
Sollgröße
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4
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Regelung – Beispiel
� Ziel
� Ist-Größe soll der Sollgrößemöglichst ohne Verzögerung folgen
� Möglichst kein Überschießen
deltaProp = (target - current) * INTENSITY;
if(current < target – TOLERANCE)deltaInt += STEP;
else if (current > target + TOLERANCE)
deltaInt -= STEP;output = target + deltaProp + deltaInt;
deltaProp = (target - current) * INTENSITY;
if(current < target – TOLERANCE)deltaInt += STEP;
else if (current > target + TOLERANCE)
deltaInt -= STEP;output = target + deltaProp + deltaInt;
t
Sollgröße
Ist-Größe
� Beispiel
� Regelung der Rollstuhllenkung
� PID-Regler
� Proportional
� Integration
� Differenziell
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5
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Interne Sensorik
� Zweck
� Erfassung des internen Zustands eines Systems
� Regelung der Motoren
� Z.B. Erfassung von
� Geschwindigkeit
� Lenkradius
� Gelenkstellung (bei Armen)
� Schräglage
� Belastung eines Motors
� Batteriespannung
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6
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Intern - Tachometer
� Tachometer
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7
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Intern - Inkrementalgeber
� Tachometer
� Inkrementalgeber
00 01 10 11
00 0 - 1 1 - -
01 1 0 - - - 1
10 - 1 - - 0 1
11 - - 1 - 1 0
Vorher
Nac
hh
er
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8
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Intern - Absolutgeber
� Tachometer
� Inkrementalgeber
� Absolutgeber
ω
R
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9
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Intern - Sonstige
� Tachometer
� Inkrementalgeber
� Absolutgeber
� Sonstige
� Verbrauch
� Belastung
� etc.
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10
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Externe Sensorik
� Zweck
� Erfassung der Umgebung des Roboters
� Passive Sensorik
� Erfassung der Umwelt ohne Eingriff in diese
� Vorteile
� Keine störenden Einflüsse, z.B. Laserlicht, Schall, etc.
� Nachteile
� Umgebungsabhängigkeit (messbare Größe muss ausreichend vorhanden sein, Problem z.B. „Kamera im Dunkeln“)
� Ungenau
� Aktive Sensorik
� Aussenden von Strahlung o.ä., deren Veränderung durch die Umgebung gemessen wird
� Vorteile� Messen unter wohldefinierten
Bedingungen → genau� Nachteile
� Störenden Einflüsse, z.B. Knacken bei Ultraschall, Laserlicht, hohe Strahlungsdosen
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11
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - taktil
� Taktile Sensoren
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12
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - taktil
� Taktile Sensoren
� Probleme
0 0
0 1
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13
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - Kamera
� Taktile Sensoren
� Probleme
� Kamera
x
y
zb
p
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14
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - Kompass
� Taktile Sensoren
� Probleme
� Kamera
� Kompass
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15
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - Neigungsdetektor
� Taktile Sensoren
� Probleme
� Kamera
� Kompass
� Neigungsdetektor
PendelLampe
Helligkeitssensor
Öffnung Achse
Lichtstrahlen
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16
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - GPS
� Taktile Sensoren
� Probleme
� Kamera
� Kompass
� Neigungsdetektor
� Global Positioning System (GPS)
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17
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - GPS
� Taktile Sensoren
� Probleme
� Kamera
� Kompass
� Neigungsdetektor
� Global Positioning System (GPS)
� Satelliten
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18
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - GPS
� Taktile Sensoren
� Probleme
� Kamera
� Kompass
� Neigungsdetektor
� Global PositioningSystem (GPS)
� Satelliten
� Peilung
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19
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - GPS
� Taktile Sensoren
� Probleme
� Kamera
� Kompass
� Neigungsdetektor
� Global Positioning System (GPS)
� Satelliten
� Peilung
� Differenziell
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20
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - passiv - GPS
� Taktile Sensoren
� Probleme
� Kamera
� Kompass
� Neigungsdetektor
� Global PositioningSystem (GPS)
� Satelliten
� Peilung
� Differenziell
![Page 21: Sensorik - informatik.uni-bremen.deroefer/kr00/04.pdf · 3 Universität Bremen Kognitive Robotik I – Sensorik Regelung Stellgröße Eine Ausgangsgröße, die verändert werden kann](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040700/5d57253a88c993d66f8b6070/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - aktiv - Infrarot
� Infrarot
![Page 22: Sensorik - informatik.uni-bremen.deroefer/kr00/04.pdf · 3 Universität Bremen Kognitive Robotik I – Sensorik Regelung Stellgröße Eine Ausgangsgröße, die verändert werden kann](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040700/5d57253a88c993d66f8b6070/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - aktiv - Ultraschall
� Infrarot
� Ultraschall
� Hohe Entfernungsgenauigkeit
� Geringe Winkelauflösung
![Page 23: Sensorik - informatik.uni-bremen.deroefer/kr00/04.pdf · 3 Universität Bremen Kognitive Robotik I – Sensorik Regelung Stellgröße Eine Ausgangsgröße, die verändert werden kann](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040700/5d57253a88c993d66f8b6070/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - aktiv - Ultraschall
� Infrarot
� Ultraschall
� Hohe Entfernungsgenauigkeit
� Geringe Winkelauflösung
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)
![Page 24: Sensorik - informatik.uni-bremen.deroefer/kr00/04.pdf · 3 Universität Bremen Kognitive Robotik I – Sensorik Regelung Stellgröße Eine Ausgangsgröße, die verändert werden kann](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040700/5d57253a88c993d66f8b6070/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - aktiv - Ultraschall
� Infrarot
� Ultraschall
� Hohe Entfernungsgenauigkeit
� Geringe Winkelauflösung
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)
� Cross-Talks (Distanz zu kurz)
![Page 25: Sensorik - informatik.uni-bremen.deroefer/kr00/04.pdf · 3 Universität Bremen Kognitive Robotik I – Sensorik Regelung Stellgröße Eine Ausgangsgröße, die verändert werden kann](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040700/5d57253a88c993d66f8b6070/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - aktiv - Ultraschall
� Infrarot
� Ultraschall
� Hohe Entfernungsgenauigkeit
� Geringe Winkelauflösung
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)
� Cross-Talks (Distanz zu kurz)
� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)
tA
usschwingen
Messzeitraum
Wartezeit
Messung
Senden
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26
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - aktiv - Laserscanner
� Infrarot
� Ultraschall
� Hohe Entfernungsgenauigkeit
� Geringe Winkelauflösung
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)
� Cross-Talks (Distanz zu kurz)
� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)
� Laserscanner
![Page 27: Sensorik - informatik.uni-bremen.deroefer/kr00/04.pdf · 3 Universität Bremen Kognitive Robotik I – Sensorik Regelung Stellgröße Eine Ausgangsgröße, die verändert werden kann](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040700/5d57253a88c993d66f8b6070/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Universität Bremen
Kognitive Robotik I – Sensorik
Extern - aktiv - Laserscanner
� Infrarot
� Ultraschall
� Hohe Entfernungsgenauigkeit
� Geringe Winkelauflösung
� Spiegelreflektionen (Distanz zu lang)
� Cross-Talks (Distanz zu kurz)
� Timing (Nahbereichs-/Fernblindheit)
� Laserscanner
� Scans