Sistemi per il governo dei Robot , 21.01.2005
Sistemi per il governo
dei robot:
sensori
Introduzione
I sensori forniscono a un robot la capacità di
“sentire” (percepire) il loro ambiente e
trattare l’incertezza sensoriale
Un robot deve essere in grado di sentire il
suo stesso corpo (stato interno) e lo stato del
suo ambiente più vicino
tassonomia
Il sistema percettivo di un robot può essere
diviso in due categorie
propriocettivo
esterocettivo
stato interno
estrazione caratteristiche
ambientali
velocità, accelerazione,
temperatura, pressione …
illuminazione, distanza da
ostacoli, temperatura ambiente…
sensori
I sensori sono dispositivi fisici che misurano
quantità fisiche
Proprietà fisiche
tecnologia
Contatto
Bump, switch
Distanza
Ultrasuoni, radar
Livello luce
Fotocellule, videocamera
Rotazione
Encoder, potenziometri
Accelerazione
Giroscopi
Temperatura
Infrarossi
Altitudine
altimetri
…
…
… in generale, la stessa proprietà fisica può
essere misurata con più di uno strumento diverso
sensori
Rumore ed errori contribuiscono
all’incertezza della lettura di un sensore
Sorgenti di incertezza:
•Rumore o errori del sensore
•Limiti del sensore
•Rumore o errori negli effettori e attuatori
•Stati parzialmente o del tutto non osservabili
•Mancanza di conoscenza apriori sull’ambiente o
suo cambiamento improvviso
sensori
I sensori non forniscono stati ma piuttosto
quantità misurate (rozzamente) che di solito
devono essere elaborate per risultare utili
Come può essere trattata questa informazione?
Fornita una lettura dai sensori:
• Cosa deve fare il robot?
• Come appare il mondo al robot?
Action to world
World reconstruction
Livelli di elaborazione
L’elaborazione dell’informazione sensoriale
può essere onerosa dal punto di vista
computazionale
Di cosa ha bisogno un robot per elaborarla:
•Capacità di elaborazione analogica e
digitale
•Connessioni
•Elettronica per il collegamento al
“cervello”
•Batterie (energia)
Livelli di elaborazione
L’apparato percettivo ha bisogno di:
•Sensori (energia e componentistica
elettronica)
•Calcolo
•Connessioni
Sensori attivi e passivi
Sensori passivi: misurano una proprietà
fisica dall’ambiente
Sensori attivi: forniscono un proprio
segnale/stimolo e lo usano
facendolo interagire con
l’ambiente
rivelatore
emettitore
Sensori semplici - switch
Gli switch sono forse i sensori più semplici
Si basano sul principio di circuito
aperto/chiuso
Vengono usati in modi diversi come sensori
diversi
•Sensori di contatto
•Sensori di limite (gripper)
•Shaft encoder
Sensori semplici – sensori di luce – fotocellule
Il loro compito è quello di riconoscere il grado
di illuminazione di una stanza
Misurano la quantità di luce che si infrange
su di una fotocellula – resistività del
materiale
I sensori di luce sono semplici e riescono a
rilevare un’ampia gamma di lunghezze
d’onda – distinguono l’ultravioletto dagli
infrarossi
Sensori semplici – sensori di luce – fotocellule
Possono essere sia attivi che passivi
Possono misurare le seguenti proprietà:
•Intensità della luce
•Intensità differenziale
•Break in continuity
Sensori di luce – luce polarizzata
Sensore attivo
Filtro polarizzato su un emettitore di luce
La luce polarizzata è luce le cui onde
viaggiano solo in una direzione particolare su
un piano particolare
Combinazione di filtri su emettitore e
fotocellule (rilevatore)
… soluzione etologica
Sensori di luce – sensori ottici riflettenti
Sensore attivo – l’emettitore è un LED, il
rilevatore è un fotodiodo/fototransistor
I fotodiodi/fototransistor sono più rapidi nelle
risposte delle fotocellule
I sensori ottici riflettenti possono essere
“costruiti” in due maniere differenti:
•Sensori di riflettanza
•Breack-beam
Sensori di riflettanza
Misura la riflessione della luce
Rivelare la presenza di un oggetto
Rivelare la distanza da un oggetto
Rivelare alcune caratteristiche della
superficie (linee)
Decodificare un codice a barre
Tener traccia delle rotazioni di una ruota
Sensori a infrarossi
Funzionano nella zona a infrarosso dello
spettro della luce (non visibile)
Occhiali “night vision”: raccolgono e
amplificano la luce nello spettro
dell’infrarosso e lo trasformano nel visibile
Sensori IR modulati possono essere usati
per trasmettere messaggi (modem a IR)
Shaft encoding
Gli shaft encoder misurano la rotazione
angolare
Forniscono informazioni sulla posizione e/o
la velocità dell’asse al quale sono collegati
Misura quanto sono veloci le ruote
Misure odometriche: numero di rotazioni
della ruote
Meccanici – ottici
Sensori complessi
◊ Sonar
◊ Laser
◊ Videocamere
◊
Radar
◊
Gps
◊
….
Forniscono molta (troppa??) informazione
Richiedono elaborazione sofisticata
Sensori ultrasonici (sonar) sound navigation and ranging
Intervallo di frequenza al di sopra dell’udibile
da parte dell’essere umano
Echolocation: calcolo della propria posizione
…pipistrelli!!
Sensori attivi – principio del tempo di volo
ping
Δs=(Δ T*vs)/2
Sonar - svantaggi
Riflessione speculare
Riflessione dalla superficie esterna
Riflessioni multiple – rumore!!!
Falsi positivi
Effetto specchio
Laser
I laser emettono radiazione altamente
amplificata e luce coerente a una o più
frequenze
A seconda dell’applicazione, possono
emettere nel visibile o meno
Sensori a beam-break
Misure di distanze – tempo di volo
Videocamera
Molta informazione
Tecniche sofisticate di elaborazione
Meriterebbero un corso a parte…
riassumendo
Sensori di stato interno/esterno
Sensori semplici/complessi
Sensori attivi/passivi
Un robot è anche i suoi sensori
Altri tipi di sensori (es. forza)
Problemi di:
 Calibrazione
 Precisione
 Errori – sensoristica degradata
 ….