SEcond part of a spanish intro pre-grad. course of Mobile Robotics. en esta parte tratase de: robot terrestres, tipos de tracción; sensores que se utiliza, tipos, encoders, giroscopios, ultrasonido, infrarojos, de inercia; Fuente de Erros (asociadas con los sensores) - Material de 2009 (Carreta de Ingenieria Eléctrica - Pontificia Universidad Católica de Valparaiso - Chile - 2009).

1. Introducción a la
Robótica Móvil
Prof. Dr.Eng. Fernando Passold

2. Introducción a la Robótica Móvil
Sumario
6. Modelaje del Entorno
1. Tipos de Robots Definición
Diferencia robot manipulador x Robot Móvil; Uso de landmarks
Características do robot móvil; Descomposición geométrica del entorno
Fusión geométrica o "map building"
2. Aplicaciones de robots móviles Formas de modelaje del entorno
3. Robots móviles terrestres 7. Arquitecturas de Robots Móviles
Tipos de tracción para robots móviles Reactivas
terrestres; Por planeamiento (Deliberativas)
Basado en Comportamiento
4. Sensores Descomposición Funcional del Sistema de
Tipos de Sensores; Control
Fuentes de Errores Actividades del Control por
Comportamiento
5. Integración (o Fusión) Sensorial Arquitecturas híbridas
Definición Ejemplos de Arquitecturas de Controle
Formas de Integración Sensorial 8. Tendencias Futuras:
Enfoques para Integración Sensorial
Otros métodos
Bibliografía
Proyecto de los Sensores utilizados Codec MPEG4:
Bibliografía Recomendada Quick
Especificación Lógica de Sensores
Modelaje de los Sensores Time
MPEG2 Video Decoder:
Introducción a la Robótica Móvil 2

3. Introducción a la Robótica Móvil
Bibliografía recomendada
[Torres, 2002] Torres, Ferando; Pomares, Jorge; Gil, Pablo; Puente, Santiago T.;
Aracil, Rafael; Robots y Sistemas Sensoriales, Pearson
Educación, Madrid, p. 480, 2002.
[Siegwart, 2004] Siegwart, Roland and Nourbakshsh; Introduction to Autonomous
Mobile Robots, Bradford Books/The MIT Press, Massachusetts, p.
321, 2004. http://www.mobilerobots.org
[Thurn, 2006] Thurn, Sebastian; Burgard, Wolfram; Fox, Dieter; Probabilistic
Robotics, The MIT Press, Massachusetts, p. 647, 2006.
[Murphy, 2000] Murphy, Robin R.; Introduction to AI Robotics; Bradford
Books/The MIT Press, Massachusetts, p. 466, 2000
[Siciliano, 2008] Siciliano, Bruno; Khatib, Oussama (eds.), Springer Handbook of
Robotics, Springer, p. 1591, 2008.
[Borenstein, 1996] J. Borenstein, J.; Everett, H. R., and Feng, L., Where am I? -
Systems and Methods for Mobile Robot Positioning, p. 282,
1996.
http://www-personal.umich.edu/~johannb/position.htm
http://www-personal.umich.edu/~johannb/shared/pos96rep.pdf (12,5 Mb -
Disponible en May/2009)
Introducción a la Robótica Móvil 3

4. Parachoques
3. Robots terrestres
Rueda livre
Rueda +
motor 1
• Robots terrestres mas
Rueda
comunes: Encoder
1) Con tracción diferencial; Centro
geométrico
2) Con estructura de triciclo; Rueda +
motor 2
Rueda livre
3) Disposición syncro-drive:
todas las rodas giran y
todas con propulsión. Parachoques
4) Con “patas”.
Khepera: ∅ 60 mm
(http://www.k-team.com/ )
Suiza (desde 98 –
actual: versión III)
Introducción a la Robótica Móvil 4

5. Parachoques
3. Robots terrestres Rueda livre
Rueda +
motor 1
Rueda
• Robots terrestres mas Centro
Encoder
geométrico
comunes: Rueda +
motor 2
Rueda livre
1) Con tracción diferencial;
2) Con estructura de triciclo; YR
Parachoques
3) Disposición syncro-drive: ⎛ x⎞
⎜ ⎟
todas las rodas giran y ⎜ y⎟
⎜θ ⎟
todas con propulsión. y ⎝ ⎠
4) Con “patas”.
θ
Khepera: ∅ 60 mm
(http://www.k-team.com/ ) x XR
Suiza (desde 98 –
actual: versión III)
Introducción a la Robótica Móvil 5

6. 3. Robots terrestres
Ejemplos de robots con tracción diferencial:
• por oruga • en agricultura;
• exploración espacial;
Introducción a la Robótica Móvil 6

7. 3. Robots terrestres yc Rueda
rotacional con
propulsor
θ1
• Robots terrestres mas
comunes: xc
1) Con tracción diferencial; θ2
2) Con estructura de
s
triciclo; siva
s pa
3) Disposición syncro-drive: da
R ue
todas las rodas rotan y
todas con propulsión. y x
4) Con “patas”. θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos.
θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos.
Mas común: θ1 en el caso de rueda con
Mas común: θ1 en el caso de rueda con
propulsor acoplado.
propulsor acoplado.
θ2 tiene relación con ángulo de orientación
θ2 tiene relación con ángulo de orientación
del robot (en relación a su centro de
del robot (en relación a su centro de
masa).
masa).
Introducción a la Robótica Móvil 7

8. 3. Robots terrestres yc Rueda
rotacional con
propulsor
θ1
• Robots terrestres mas
comunes: xc
1) Con tracción diferencial; θ2
2) Con estructura de
s
triciclo; siva
s pa
3) Disposición syncro-drive: da
R ue
todas las ruedas rotan y
todas trasladan. y x
4) Con “patas”. θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos.
θ1 e θ2 ⇒ puntos de control distintos.
Mas común: θ1 en el caso de rueda con
Mas común: θ1 en el caso de rueda con
propulsor acoplado.
propulsor acoplado.
θ2 tiene relación con ángulo de orientación
θ2 tiene relación con ángulo de orientación
del robot (en relación a su centro de
del robot (en relación a su centro de
masa).
masa).
Introducción a la Robótica Móvil 8

9. 3. Robots terrestres y 0 yc
• Robots terrestres mas xc
comunes: yR
1) Con tracción diferencial;
2) Con estructura de triciclo; θ
3) Disposición syncro- ϕ
drive: todas las rodas
xR x0
rotan y todas con
propulsión.
4) Con “patas”.
Introducción a la Robótica Móvil 9

10. y0 yc
3. Robots terrestres xc
yR
• Robots terrestres mas
comunes: θ
1) Con tracción diferencial; ϕ
xR x0
2) Con estructura de triciclo;
3) Disposición syncro-
drive: todas las rodas
rotan y todas con
propulsión.
4) Con “patas”.
A pesar del robot poder
se mover para cualquiera
dirección, NO puede controlar la
orientación de su chasis.
LEGO_Synchro_drive_robot.mp4
Introducción a la Robótica Móvil 10

11. 3. Robots terrestres
Tipos de tracción para robots móviles terrestres
• por oruga • en agricultura;
• exploración espacial;
♦ con patas: aplicaciones limitadas: dinámica complexa para velocidades de
desplazamiento altas, desafío para la área de control clásico.
Introducción a la Robótica Móvil 11

12. 3. Robots terrestres
Tipos de tracción para robots móviles terrestres
♦ con patas: aplicaciones limitadas: dinámica complexa para velocidades de
desplazamiento altas, desafío para la área de control clásico.
Introducción a la Robótica Móvil 12

13. 3. Robots terrestres
Tipos de tracción para robots móviles terrestres
♦ con ruedas: y Holonómicos.
Introducción a la Robótica Móvil 13

14. 3. Robots terrestres
Tipos de tracción para robots móviles terrestres
Omni directional wheels
Omni_directional_wheels.mp4
MVRT_Drivetrains_training.mp4
interroller_-_3_servos_und_3_omniwheels.mp4
Lego_Mindstorms_NXT_holonomic_wheel_or_omniwheel.mp4
KILO__Lego_NXT_holonomic_robot.mp4
Lego_Killough_Platform.mp4
Introducción a la Robótica Móvil 14

15. 3. Robots terrestres
Tipos de tracción para robots móviles terrestres
♦ robots trepadores: aplicaciones como: limpiar cristales en rascacielos,
pintura de barcos, mantenimiento de puentes,
mantenimiento de turbinas eléctricas, etc...
Usan:
- ventosas (Obs1);
- electroimán;
- garras (típico en construcción civil, inspección de
estructuras metálicas);
Obs2: mueve 1 garra por vez Obs1: Sistema demasiado lento. El
para ahorrar batería (aumentar mayor problema no es el control de los
su autonomía). Uso de movimientos (secuencia de
procesamiento de imagen, desplazamiento) PERO garantizar
generalmente realizado “off- adherencia.
board” para aumentar la
autonomia del robot.
Introducción a la Robótica Móvil 15

16. 4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:
Internos: de desplazamiento del robot.
Externos: para localización del robot (medidas de distancias).
Exteroceptivos
Propioceptivos
Codificadores Camera (sensor CCD) +
Encoder + Sensor de
Angulares medidor láser
proximidad
(encoders)
Posición de Tipos de
Posición de
un elemento Mapa 3D Sensores
un objeto
terminal
Introducción a la Robótica Móvil 16

17. 4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:
1) Internos ⇒ sensores de movimiento del propio robot;
permite saber como avanza el robot y,
como está sendo realizado el avanzó.
2) Medida de distancias ⇒ para localizar (ubicar) el robot;
Para construir un modelo do mundo exterior.
3) Localização relativa à marcas ⇒ localización de marcas (“landsmarks”);
confirma la localización del robot.
Principal problema ⇒ INCERTEZA cuanto a localización del robot.
Levar en cuenta errores de ls propios sensores, derrapes
de las ruedas, etc...
Note que estos errores son acumulativos!
Introducción a la Robótica Móvil 17

18. 4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:
Sensores de movimiento del robot:
1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
I Note: la observación de la diferencia de desfase
(puntos 1, 2, 3 y 4) entre los impulsos de salida A
A y B puede ser utilizado para determinar la
dirección de la rotación (ante-horario o horario).
B La ranura mas externa del disco (Index) genera
un impulso a cada rotación completa del mismo.
1234
Valores típicos: 2540 rayas en un disco de 5 cm de ∅
Introducción a la Robótica Móvil 18

19. 4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:
Sensores de movimiento del robot:
1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
I
A
B
1234
Valores típicos: 2540 rayas en un disco de 5 cm de ∅
Ejemplo de uso:
Robot gadget: http://www.wizard.org/gadget.html
Introducción a la Robótica Móvil 19

20. 4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:
Sensores de movimiento del robot:
1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
I
A
B
1234
Valores típicos: 2540 rayas en un disco de 5 cm de ∅
O uso de odómetros para estimar la posición de un robot
en función del tiempo es conocido como “dead-
reckoning”
Introducción a la Robótica Móvil 20

21. 4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:
Sensores de movimiento del robot:
1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
El uso de odómetros para estimar la posición de un
robot en función del tiempo es conocido como “dead-
reckoning”.
Dead Reckoning (RD) se refiere a el proceso de
estimación de la posición actual sobre la base de una
posición previamente determinada, o fijar, y reflejar el
avance con base a esa posición conocida, o se refiere a
la estimación de las velocidades respecto a un tiempo
transcurrido, y el curso. Si bien los métodos
tradicionales de estimación ya no se considera
primordial para la mayoría de las aplicaciones, los
sistemas modernos de navegación inercial, que también
dependen de estimación, aún se utilizan ampliamente.
Introducción a la Robótica Móvil 21

22. 4. Sensores Exemplos práticos:
4.1 Tipos de Sensores:
Sensores de movimento do robô:
1) Odômetros: nas rodas → encoders relativos:
I
A
B
1234
Fonte: http://www.amsky.com/atm/accessories/mouse/mouse.html
Introducción a la RobóticaParavil
Mó saber como funciona um mouse: http://computer.howstuffworks.com/mouse2.htm 22

23. 4. Sensores
4.1 Tipos de Sensores:
Sensores de movimiento do robot:
1) Odómetros: en las ruedas → encoders relativos:
Trayectoria Elipsoides de errores
I estimada por por incertidumbres
A el robot
B Posición
inicial
1234
Problemas: elipsoides de error
crecientes:
Introducción a la Robótica Móvil 23

24. 4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores: Ejemplo:
Sensores de movimiento del robot:
1) Odómetros: en las ruedas → encoders absolutos ópticos:
Array de
foto-detectores
Led Difusor de Lentes Lentes
expansión colimadoras cilíndricas Disco de Gray de 8 bits:
28 = 256 rayas
Disco de
Múltiplas rayas ⇒ 360o/256 = 1,4 o/raya.
( código Gray) Note: apenas 1 bit varia
entre rayas del disco!
Introducción a la Robótica Móvil 24

25. 4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de movimiento del robot:
1) Odómetros: en las ruedas → encoders.
2) Inclinómetros.
3) “Brújulas” digitales → desvíos grandes, sufren influencia de campos magnéticos.
No muy utilizados. Circuitos magnéticos, emplean sensores por efecto hall.
4) Giroscopio mecánico → mide variaciones de posicionamiento (problemas con desvíos
horarios: error aumenta con pasar del tempo).
Pivô externo
roda
Pivô interno Pivô interno
mancal
Introducción a la Robótica Móvil 25

26. 4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de movimiento del robot:
1) Odómetros: en las ruedas → encoders.
2) Inclinómetros.
3) “Brújulas” digitales → desvíos grandes, sufren influencia de campos magnéticos.
No muy utilizados. Circuitos magnéticos, emplean sensores por efecto hall.
4) Giroscopio mecánico → mide variaciones de posicionamiento (problemas con desvíos
horarios: error aumenta con pasar del tempo).
Pivô externo
5) Giroscopios ópticos → uso de laser’s
roda contrapuestos, mede-se el número de
bandas causadas por el fenómeno físico
Pivô interno conocido por “franjas de interferencia”.
mancal
Introducción a la Robótica Móvil 26

27. 4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de movimiento del robot:
1) Odómetros: en las ruedas → encoders.
2) Inclinómetros.
3) “Brújulas” digitales → desvíos grandes, sufren influencia de campos magnéticos.
No muy utilizados. Circuitos magnéticos, emplean sensores por efecto hall.
HiTechnic Gyroscope for
4) Giroscopio mecánico → mide variaciones de posicionamiento (problemas con desvíos
Lego Mindstorms NXT
horarios: error aumenta con pasar del tempo). US$ 55,00
Pivô externo
The HiTechnic Gyro Sensor contains a single-axis
gyroscopic sensor that detects rotation and
roda returns a value that represents the number of
degrees per second of rotation, allowing the
Pivô interno
NXT to measure the additional dimension of
mancal rotation. The gyro sensor will let you accurately
detect rotation for your NXT projects. The gyro
sensor returns the number of degrees per
second of rotation and also indicates the
direction of rotation. Measure +/- 360° per
second and build robots that can balance,
swing, or perform other functions where
measurement of rotation is essential.
Introducción a la Robótica Móvil 27

28. “Time-of-flight active ranging”
4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localización del robot:
1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.
Principio: d=v⋅t
Donde:
v
d = distancia recorrida por la onda;
v = velocidad de propagación de la onda;
t = tiempo despendido.
Eje de medición del sensor
ulo
tác
d padrón del feje
Obs
Punto del
sensor Robot
Introducción a la Robótica Móvil 28

29. “Time-of-flight, sound”
4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores: Ultrasonido: onda sonora
en el rango de 40KHz a
250KHz
Sensores de localización del robot:
1.a) Sonares: por ultrasonido.
v ⋅t 30o
Principio: d=
2 15o
Donde:
v
d = distancia recorrida por la onda;
v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC)
t = tempo despendido.
PERO: la velocidad de la onda sonora cambia con la temperatura del
aire!
Donde: v = 20, 05 TCelsius + 273,16
v = γ RT γ = ratio de calor específico;
R = constante del gas; 355
[Siegwart, 2004] T = temperatura en Kelvin. 350
345
v(m/s)
340
335
330
325
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35
Introducción a la Robótica Móvil to
(Celcius) 29

30. “Time-of-flight, sound”
4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localización del robot:
1.a) Sonares: por ultrasonido.
v ⋅t
Principio: d=
Donde: 2
d = distancia recorrida por la onda; SRF05 – US$ 29,50
v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC)
t = tempo despendido.
Devantech SRF05 – Specifications (www.acroname.com)
Frequency 40kHz
Max Range 4 meters
Min Range 3 centimeters
Input Trigger 10uSec minimum, TTL level pulse
Echo Pulse Positive TTL level signal, proportional to range Amplitud [dB]
Introducción a la Robótica Móvil 30

31. “Time-of-flight, sound”
4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localización del robot:
1.a) Sonares: por ultrasonido.
v ⋅t
Principio: d=
Donde: 2
d = distancia recorrida por la onda; SRF05 – US$ 29,50
v = velocidad de propagación de la onda (VSom=343 m/s @ 20oC)
t = tempo despendido.
Devantech SRF05 – Specifications (www.acroname.com)
Frequency 40kHz
Max Range 4 meters
Amplitud [dB]
Min Range 3 centimeters
Input Trigger 10uSec minimum, TTL level pulse
Echo Pulse Positive TTL level signal, proportional to range
Introducción a la Robótica Móvil 31

32. “Time-of-flight, sound”
4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Devantech SRF08
Voltage 5v
Sensores de localización del robot:
Current
1.a) Sonares: por 15mA Typ. 3mA Standby
ultrasonido.
v ⋅t
Principio: d = 40KHz
Frequency
Donde:
Maximum Range 62m SRF08 – US$ 64,00
d = distancia recorrida por la onda;
Minimum Range propagación de la onda (V =343 m/s @ 20oC)
v = velocidad de 3 cm
Som
t = tempo despendido.
Max Analogue Gain Variable to 1025 in 32 steps
Connection Standard IIC Bus
Light Sensor Front facing light sensor
Timing Fully timed echo, freeing host computer of task
Echo Multiple echo - keeps looking after first echo
Units Range reported n uS, mm or inches
Amplitud [dB]
Weight 0.4 oz.
Size 43mm w x 20mm d x 17mm h
Introducción a la Robótica Móvil 32

33. “Time-of-flight, sound”
4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localización del robot:
1.a) Sonares:
por ultrasonido.
Range
Sensor Communication Angle* Echoes** Ranging Time Notes
Minimum Maximum
SRF02 I2C / Serial 15 cm 6m 45° One 70 ms A
SRF04 Digital 3 cm 3m 45° One 100 µs - 36 ms
SRF05 Digital 3 cm 4m 45° One 100 µs - 36 ms
SRF08 I2C 3 cm 6m 45° 17 65 ms BC
SRF10 I2C 3 cm 6m 60° One 65 ms AB
SRF235 I2C 10 cm 1.2 m 15° One 10 ms AD
Introducción a la Robótica Móvil 33

34. “Time-of-flight, sound”
4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores: Ultrasonido: onda sonora
en el rango de 40KHz a
250KHz
Sensores de localización del robot:
1.a) Sonares: por ultrasonido.
v ⋅t 30o
Principio: d=
2 15o
Donde:
v
d = distancia recorrida por la onda;
v = velocidad de propagación de la onda (vSom=0,343m/ms, vLuz=0,3m/ns)
t = tempo despendido.
Baratos: tan empleados cuanto los encoders relativos.
Detalle: la ganancia del sinal que retorna aumenta a medida que aumenta el tempo (porque a la
medida que aumenta la distancia, el sinal de retorno se queda + débil).
Ultrasonido: Alcance máximo típico: 10 cm a 10 m.
Eje de medición del sensor
de 20 à 150 mediciones/segundo.
lo u
resolución: 0.08 cm a 1,0 cm ( frec., resolución, $$$ )
tá c
d padrón del feje
Obs
Punto del
sensor Robot
Introducción a la Robótica Móvil 34

35. Ultrasom: onda sonora na
faixa de 40KHz à 250KHz
4. Sensores 30o
15o
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localização do robô:
1.a) Sonares: por ultrasonido.
v ⋅t
Principio: d=
2
Baratos: tan utilizados cuanto los encoders.
Detalle: la ganancia del sinal que retorna
aumenta a medida que aumenta el
tempo (porque a la medida que
aumenta a distancia, el sinal de
retorno se queda + débil).
Ultrason: Alcance máximo típico: 10 cm a
10 m.
de 20 à 150 mediciones/segundo.
resolución: 0.08 cm a 1,0 cm
( ↑ frec., ↑ resolución, ↑ $$$ )
Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15o
Introducción a la Robótica Móvil 35

36. Ultrasom: onda sonora na
faixa de 40KHz à 250KHz
4. Sensores 30o
15o
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localização do robô:
1.a) Sonares: por ultrasonido.
v ⋅t
Principio: d=
2
Baratos: tan utilizados cuanto los encoders.
Detalle: la ganancia del sinal que retorna
aumenta a medida que aumenta el
tempo (porque a la medida que
aumenta a distancia, el sinal de
retorno se queda + débil).
Ultrason: Alcance máximo típico: 10 cm a
10 m.
de 20 à 150 mediciones/segundo.
resolución: 0.08 cm a 1,0 cm
( ↑ frec., ↑ resolución, ↑ $$$ )
Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15o
Robot Neptune, 1980
Introducción a la Robótica Móvil 36

37. Ultrasom: onda sonora na
faixa de 40KHz à 250KHz
4. Sensores 30o
15o
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localização do robô:
1.a) Sonares: por ultrasonido.
v ⋅t
Principio: d=
2
Detalles: Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15º;
Para medir 3 metros 20 ms lo
que limita la velocidad del escaneo:
<= 50 Hz!
Si el robot tiene 24 sensores,
entonces el ciclo de barredura seria
de 0,48 segundos lo que
correspondería a una frecuencia de
escaneo de 2,08 Hz para cada sensor.
PERO: para evitar problemas de reflejos
múltiplos esta frecuencia de escaneo
puede bajar.
Introducción a la Robótica Móvil 37

38. Ultrasom: onda sonora na
faixa de 40KHz à 250KHz
4. Sensores 30o
15o
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localização do robô:
1.a) Sonares: por ultrasonido.
v ⋅t
Principio: d=
2
Baratos: tan utilizados cuanto los encoders.
Detalle: la ganancia del sinal que retorna
aumenta a medida que aumenta el
tempo (porque a la medida que
aumenta a distancia, el sinal de
retorno se queda + débil).
Ultrason: Alcance máximo típico: 10 cm a
10 m.
de 20 à 150 mediciones/segundo.
resolución: 0.08 cm a 1,0 cm
( ↑ frec., ↑ resolución, ↑ $$$ )
Uso de 24 sensores ⇒ = 360o/15o
Introducción a la Robótica Móvil 38

39. “Time-of-flight, sound”
4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores: Ultrasonido: onda sonora
en el rango de 40KHz a
250KHz
Sensores de localización del robot:
1.b) Sonares: por infrarrojo.
v ⋅t 30o
Principio: d=
2 15o
Donde:
v
d = distancia recorrida por la onda;
v = velocidad de propagación de la onda (vLuz=0,3m/ns)
t = tempo despendido.
Eje de medición del sensor
ulo
tác
d padrón del feje
Obs
Punto del
sensor Robot
Introducción a la Robótica Móvil 39

40. “Time-of-flight active ranging”
4. Sensores Eje de medición del sensor
ulo
tác
d
1.4 Tipos de Sensores: padrón del feje
Obs
Sensores de localización del robot:
1.a) Sonares: por ultrasonido Punto del
1.b) Sonares: por infrarrojo. sensor Robot
3 problemas [Murphy, 2000]:
θ
Alcance retornado
a) “Reflejo b) Reflexión especular c) Reflexión múltipla (cross-talk);
adelantado”
(foreshortening);
Introducción a la Robótica Móvil 40

41. 4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localización del robot:
1) Sonares.
2) Láser:
• exige electrónica de alta precisión;
• Feje puntual (por esto se hace necesario muchos
fejes – uso de espejo motorizado);
• Permiten medir entre mm hasta kilómetros;
• + caros! Ejemplo de localización por láser:
• Permiten modelado en 3D.
λ
θ
Limite
Mede-se a defasaje entre onda emitida y reflejada.
Introducción a la Robótica Móvil 41

42. inertial navigation systems
4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localización del robot:
1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.
2) Láser.
3) De Inercia: IMU (“Inertial Measurement Unit”)
Un sistema de navegación inercial (INS) es una ayuda para la navegación que
utiliza una computadora y sensores de movimiento (acelerómetros) para
calcular continuamente a través de estimación de la posición, orientación, y la
velocidad (dirección y velocidad de circulación) de un objeto en movimiento sin
necesidad de referencias externas.
Detectan cambios en: Pitch, Roll, e Yaw.
Otros términos utilizados para referirse a los sistemas de navegación inercial:
sistema de guiado inercial (inertial guidance system) y plataforma de
referencia inercial (inertial reference platform).
Miden aceleraciones angulares (sensor mucho caro, debe ser de alta precisión)
Introducción a la Robótica Móvil 42

43. 4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localización del robot:
1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.
2) Láser.
3) De Inercia: IMU (“Inertial Measurement Unit”)
miden aceleraciones angulares (sensor mucho caro, debe ser de alta precisión)
Introducción a la Robótica Móvil 43

44. 4. Sensores Aerospace Blockset
Matlab/Simulink
Sensores de localización del robot:
1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.
2) Láser.
3) De Inercia: IMU (“Inertial Measurement Unit”)
miden aceleraciones angulares (sensor mucho caro, debe ser de alta precisión)
Una importante desventaja de los IMUs es que por lo general sufren de errores acumulados.
Debido a que el sistema de orientación está continuamente agregando cambios detectados en sus
posiciones previamente calculadas (véase estimación), los errores en la medición, por pequeños
que sean, se acumulan de un punto a otro. Esto lleva a una "deriva", o una cada vez mayor
diferencia entre donde el sistema piensa que se encuentra, y la ubicación real.
Introducción a la Robótica Móvil 44

45. 4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores: Triangulación por RF:
Sensores de localización del robot: Se usan emisores de radio-
1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF. frecuencia:
2) Láser. Mede-se diferencias de
3) De Inercia. potencias:
4) Por triangulación. • baja precisión.
Vehículo
C
A B
Transmisor Transmisor
maestre esclavo
Introducción a la Robótica Móvil 45

46. 4. Sensores
1.4 Tipos de Sensores:
Sensores de localización del robot:
1) Sonares: por ultrasonido, infrarrojo o RF.
2) Láser.
3) De Inercia.
4) Por triangulación.
Usando GPS:
necesita al menos 4 satélites;
Detalles: su altitud y precisión pueden ser controlada.
Durante la guerra del Golfo Pérsico, la precisión bajo mucho
(por cuestiones militares, EUA) <= 2000.
error en la faja de 16 à 100 metros (modo “alone”);
Precisión aumenta mucho con el uso de GPS’s Diferenciales (1
fijo + 1 móvil):
de 3m → 1cm.
Ex.: Los puertos marítimos de Alemania poseen el GPS fijo; los
barcos solo necesitan del otro GPS (móvil).
error baja (filtros de Kalman) a medida que se realiza mas
mediciones (mas esto demanda + tiempo de procesamiento
además de poder de procesamiento).
Introducción a la Robótica Móvil 46

47. Camino
4. Sensores deseado →
4.2 Fuentes de Errores:
• Dificultades con la
determinación de la propia
localización del robot:
y0 Errores de odometria →
(sin compensación)
yc
xc
yR da
Ro re
liv
θ
ϕ
xR x0
Introducción a la Robótica Móvil 47

48. Camino
4. Sensores deseado →
4.2 Fuentes de Errores:
• Dificultades con la
determinación de la propia
localización del robot:
Errores de odometria →
(sin compensación)
y0
yc
xc ← Errores de odometria
yR da
Ro re
CORRIGIDOS
liv
θ
ϕ
xR x0
Introducción a la Robótica Móvil 48

49. Camino
4. Sensores deseado →
4.2 Fuentes de Errores:
• Dificultades con la
determinación de la propia
localización del robot:
Errores de odometria →
(sin compensación)
TUTORIAL_RawLogViewer_2.flv
Mobile_Robot__ICP_SLAM___MCL.flv
Ref.: http://mrpt.sf.net/
Institute of Automation (TU-Dresden)
May 24, 2009
openslam.org - A good collection of open source code and explanations of SLAM.
Introducción a la Robótica Móvil 49

50. Intervalo para próxima sesión
Introducción a la Robótica Móvil 50

51. Introducción a la
Robótica Móvil
Prof. Dr.Eng.* Fernando Passold
*Dr. Eng: Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC),
Dept. Automatización de Sistemas (DAS), Florianópolis,
Brasil;
Mr.Eng.: UFSC/Biomédica, Brasil

52. θ
Introducción a la Robótica Móvil 52

53. 3. Robots terrestres
• Robots terrestres mas
comunes:
1) Con tracción diferencial;
2) Con estructura de triciclo;
3) Disposición syncro-
drive: todas las rodas
rotan y todas con y 0 y c
propulsión. xc
4) Con “patas”. y R
θ
ϕ
xR x0
Introducción a la Robótica Móvil 53