Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

SentsoreakRobotika eta kontrol adimenduna

Elena Lazkano

e.lazkano@ehu.es

http://www.sc.ehu.es/ccwrobot/members/elena/

Konputazio Zientziak eta Adimen ArtifizialaEuskalerriko Unibertsitatea

2013/14 ikasturtea

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 1 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Edukia

Pertzepzio edo hautematea

Sentsore mota desberdinak

Ikusmena

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 2 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Pertzepzio edo hautematea

• Robotak: Gorpuzkera fisikoa duten eta ingurune errealdinamikoarekin elkarreragiten duten gailu “autonomoak”dira.

• Pertzepzioa ezinbestekoa da robotak nolabaiteko portaeraerakuts dezan.

• Historikoki (AA) pertzepzioa modu isolatuan tratatu da,berreraikuntza prozesua.

• Ez da egokia! osotasunean kontsideratu behar dira robotakbetebeharreko ataza, horretarako sentsore multzo egokia zeinden eta robotaren morfologia.

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 3 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Pertzepzio edo hautematea

Gure 5 zentzumenak:

• Ikusmena

• Entzumena

• Ukimena

• Usaimena

• Dastamena

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 4 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Sailkapena

• Kanpo ingurunearen eta robotaren informazioa jaso

• Sailkapena:• Nolako seinalea ematen dute? digitala, analogikoa, denboraren

menpeko pultsu segida, ...• Izaeraz, pasiboak edo aktiboak?• Barne/kanpo egoerari buruzko informazioa?

• Ezaugarriak: eragiketa-abiadura, erroreen maiztasuna,tolerantzia, kostua, energia beharrak, pisua eta tamaina,konputazio zama.

• Informazio gordina ematen dute. Seinalea prozesatu behar da.

• Ziurgabetasuna!

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 5 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Sailkapena

• Propietate bera neurtzeko sentsore desberdinak

Propietatea Sentsoreak

talka etengailuakDistantzia ultrasoinuak, infragorriak, laserraArgia fototrantsistore/erresistentziak, kamarakSoinua bozgoragailuakErrotazioa Kodegailuak, potentziometroakUsaina Sentsore kimikoakTenperatura infragorriak, sentsore termikoakInklinazioa inklinometroak, giroskopoak· · · · · ·

• Sentsoreen “fusioa”

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 6 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Talka sentsoreak

• Biologian: biboteak eta antenak

• Oztopoak ekiditeko azkenbaliabidea. Ukipen-eremua ??

• Manipulazioan: limiteakdetektatu, ...

• Merkeak. Konputazio zamatxikia

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 7 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Argi erresistentziak

• Erresistentzia aldakorrak.Argi-intentsitatearen araberakoa.

• Fototaxia, karga-estaziora joan, argidiferentzia neurtu, ...

• Merkeak. Konputazio zama txikia

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 8 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Infragorriak

• Modulazio erraza

• Atzipen murritza (≈ 1m)

• Kolorearekiko sentikorrak

• Intentsitatea:f(distantzia, gainazalaren islatze prop.)

• Ez dira egokiak distantziak neurtzeko

• Merkeak.

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 9 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Infragorriak

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 10 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Kodegailuak (I): magnetikoak eta optikoak

Magnetikoa:

Optikoa:

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 11 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Kodegailuak (II)

fasea A B

1 0 0

2 0 1

3 1 1

4 1 0

fasea A B

1 1 0

2 1 1

3 0 1

4 0 0

Erlojuaren norantzan Kontrako norantzan

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 12 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Kodegailuak (III): mugimenduaren informazioa

Parametroa EsanahiaDn Gurpilen diametro nominalaKm pultsu kopurua eta desplazamendu horizontalaren arteko erlazioaKb birako pultsu kopurua (kodegailuaren bereizmena)b gurpilen arteko distantziaµ engranajeen arteko erlazioa (erredukzio faktorea)Nl,r ezker/eskuin gurpilaren desplazamendu errotazionala (tick-ak)dl,r ezker/eskuin gurpilak ibilitako distantziav robotaren abiadura traslazionalaω robotaren biraketa abiadura

Km = πDnKbµ

dl ,r = Km × Nl ,r

}→ v = dr+dl

2

ω = dr−dlb

θk+1 = θk + ωk 4 txk+1 = xk + vk cos(θk)4 tyk+1 = yk + vk sin(θk)4 t

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 13 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Odometriako errorea

Start

End

Corridor Hall

Corridor

Hall

CorridorCorridor

Hall

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 14 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Hegaldi denboraren menpeko sentsoreak

Vs : seinalearen abiadurad : distantziat: denbora

d =Vs × t

2

Errorea:

4d =1

2(Vs ×4t +4Vs × t)

Normalean, 4t = 0:

4d =1

24 Vs × t

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 15 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Ultrasoinuak (I)

Seinalea: soinu uhina (Vs ≈ 340m/s).

Arazoak:

1 Isla espekulatiboak

2 Sentsoreen arteko interferentziak(crosstalks)

3 Gainazal desberdinek modudesberdinean islatzen dute soinu-uhina

4 Seinalearen hedapen abiaduranematen diren aldaketak (tenperaturaeta hezetasunarengatik, adibidez).

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 16 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Ultrasoinuak (II)

0

500

1000

1500

2000

2500

0 50 100 150 200

sona

r (m

m)

distance (cm)

Bricks. Angle: 30deg.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 50 100 150 200

sona

r (m

m)

distance (cm)

Bricks. Angle: 45deg.

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

0 50 100 150 200

sona

r (m

m)

distance (cm)

Bricks. Angle: 60deg.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 50 100 150 200

sona

r (m

m)

distance (cm)

Pladour. Angle: 30deg.

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

0 50 100 150 200

sona

r (m

m)

distance (cm)

Pladour. Angle: 45deg.

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 50 100 150 200

sona

r (m

m)

distance (cm)

Pladour. Angle: 60deg.

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 50 100 150 200

sona

r (m

m)

distance (cm)

Wood. Angle: 30deg.

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 50 100 150 200

sona

r (m

m)

distance (cm)

Wood. Angle: 45deg.

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 50 100 150 200

sona

r (m

m)

distance (cm)

Wood. Angle: 60deg.

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 17 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Laserra

• Argia, direkzionala

• Zehaztasuna

• Garestia

• Material gardenak optikokiElena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 18 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Iparrorratz elektronikoa

• Ipar magnetikoarekikoorientazioa

• Posizio absolutua

• Errore ez metakorra

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 19 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Giroskopioak, azelerometroak, inklinometroak

• Giroskopioak: ardatz batekiko errotazio-aldaketa

• Azelerometroak: ardatz batekiko gertatzen den azelerazioa

• Inklinometroak: ardatz batekiko orientazio absolutua

• IMU (Inertial Measurement Unit): gailu baten abiadura,orientazioa eta indar grabitazionalen informazioa ematen duenunitatea da, horretarako azelerometro, giroskopo etamagnetometroen konbinazioa erabiliz. GPS+IMU, WIMU, . . .

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 20 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Sentsore termikoak

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 21 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Kamerak: mono, estereo eta omni

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 22 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Ikusmena

• Giza ikusmena 6= ikusmen artifiziala

• Irudiak: akromatikoak/kromatikoak

• Kolorea sentsazio bat da

• Oinarrizko koloreak: Gorria, Berdea, Urdina (R,G,B)

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 23 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Irudien prozesamendua

• Ertzen informazioa

• Kolorearen informazioa

• Mugimenduaren informazioa (fluxu optikoa)

• Formen erazagupena (zirkuluak, blob-ak, ...)

• Objektuen identifikazio eta lokalizazioa

• ...

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 24 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Argi egituratuzko kamera-sistemak

3D sakonerako irudiak sortu: eszena batean seinale ezagun bat(argi kodetua, patroi-formak, . . . ) proiektatu eta patroiak talkaegitean jasaten duen deformazioa distantzia desberdinetara aztertusakonera kalkulatzeko

Radiohead House of Cards

Kinect: IR proiektorea,kamera, mikroa

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 25 / 26

Pertzepzio edo hautemateaSentsore mota desberdinak

Ikusmena Informatika fakultatea

Amaiera

Elena lazkano 2013 Robotika eta kontrol adimenduna 26 / 26