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Corso di Percezione Robotica (PRo) B. Modulo di Percezione Artificiale Sistemi sensoriali artificiali antropomorfi e non antropomorfi.

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Presentazione sul tema: "Corso di Percezione Robotica (PRo) B. Modulo di Percezione Artificiale Sistemi sensoriali artificiali antropomorfi e non antropomorfi."— Transcript della presentazione:

1 Corso di Percezione Robotica (PRo) B. Modulo di Percezione Artificiale Sistemi sensoriali artificiali antropomorfi e non antropomorfi

2 Sommario della lezione zDefinizione 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”, McGraw-Hill Russel, “Robot Tactile Sensing”, Prentice Hall

3 Definizione di sensore e trasduttore zSENSORE: parte di un sistema di misura che risponde al particolare parametro fisico che deve essere misurato zTRASDUTTORE: 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

4 Elaborazione dei dati di misura SENSORE / TRASDUTTORE POST- ELABORAZIONE PRE- ELABORAZIONE INPUTOUTPUT

5 Schema di sistema per l’elaborazione dell’informazione sensoriale PROCESSORE TRASDUTTORE DI OUTPUT (ATTUATORE) TRASDUTTORE DI INPUT (SENSORE) QUANTITA’ DA MISURARE OUTPUT DEL SISTEMA

6 Classificazione dei trasduttori zRadiante - onde elettromagnetiche: yintensità, frequenza, polarizzazione e fase zMeccanica - parametri esterni della materia: yposizione, velocità, dimensione, durezza, forza zTermica: ytemperatura, gradiente di temperatura, calore zElettrica: ypotenziale, corrente, resistenza, capacità zMagnetica: yintensità di campo, densità del flusso, permeabilità zChimica - struttura interna della materia : yconcentrazioni, struttura del cristallo, stato di aggregazione Sul tipo di energia in ingresso

7 Trasformazioni di energia in un trasduttore ENERGIA IN INGRESSO CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE ENERGIA AUSILIARIA CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE NESSUNA ENERGIA IN USCITA CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE

8 Trasformazioni di energia in un trasduttore - Es: ENCODER OTTICO ENERGIA IN INGRESSO CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE ENERGIA AUSILIARIA CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE NESSUNA ENERGIA IN USCITA CHIMICA MAGNETICA ELETTRICA TERMICA MECCANICA RADIANTE

9 Rappresentazione tridimensionale della classificazione dei trasduttori

10 Requisiti fondamentali di un sensore artificiale zLinearità zbassa isteresi zripetibilità zalta risoluzione zalta sensibilità zbassa sensibilità al rumore

11 Linearità 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 dati 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

12 Isteresi 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

13 Ripetibilità 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)

14 Risoluzione RISOLUZIONE La RISOLUZIONE è la minima variazione nell’input che determina una variazione nell’output del sensore

15 Sensibilità 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

16 Rumore RUMORE Il RUMORE è il livello di segnale presente nell’output del sensore non provocato dall’input del sensore

17 Modalità sensoriali artificiali zolfatto zgusto zudito zdistanza/prossimità ztatto (percezione aptica): ypropriocezione yesterocezione: xforza/coppia xcontatto xproprietà termiche xrugosità zvisione

18 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

19 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

20 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

21 Percezione della prossimità Percezione della presenza di un oggetto in un certo spazio zSwitches zSensori induttivi zSensori ad effetto Hall zSensori capacitivi zSensori ad ultrasuoni zSensori ottici (ad infrarossi) zWhiskers


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