Corso di Percezione Robotica (PRo) B. Modulo di Percezione Artificiale

Presentazione sul tema: "Corso di Percezione Robotica (PRo) B. Modulo di Percezione Artificiale"— 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
Definizione di trasduttore e di sistema sensoriale classificazione dei trasduttori e delle modalità sensoriali requisiti fondamentali dei sensori sensori 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
SENSORE: parte di un sistema di misura che risponde al particolare parametro fisico che deve essere misurato 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

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

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

6 Classificazione dei trasduttori
Sul tipo di energia in ingresso Radiante - onde elettromagnetiche: intensità, frequenza, polarizzazione e fase Meccanica - parametri esterni della materia: posizione, velocità, dimensione, durezza, forza Termica: temperatura, gradiente di temperatura, calore Elettrica: potenziale, corrente, resistenza, capacità Magnetica: intensità di campo, densità del flusso, permeabilità Chimica - struttura interna della materia: concentrazioni, struttura del cristallo, stato di aggregazione

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
Linearità bassa isteresi ripetibilità alta risoluzione alta sensibilità bassa sensibilità al rumore

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

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

17 Modalità sensoriali artificiali
olfatto gusto udito distanza/prossimità tatto (percezione aptica): propriocezione esterocezione: forza/coppia contatto proprietà termiche rugosità visione

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 Switches Sensori induttivi Sensori ad effetto Hall Sensori capacitivi Sensori ad ultrasuoni Sensori ottici (ad infrarossi) Whiskers