SISTEMAS ROBÓTICOS AUTÓNOMOS

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1 SISTEMAS ROBÓTICOS AUTÓNOMOS Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores de Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto A. Paulo G. M. Moreira Pag. 1

2 SISTEMAS ROBÓTICOS AUTÓNOMOS (programa da disciplina) 1 - Introdução, ambientes de desenvolvimento de aplicações robóticas: simuladores e ROS - Robotic Operating Systems 2 - Tipos de locomoção e tração 3 - Cinemática, dinâmica e controlo de robôs 4 Perceção e sensores 5 - Estimação da localização de Robôs móveis 6 - Planeamento de trajetórias 7 - Atribuição e escalonamento de tarefas 8 Localização e mapeamento simultâneos (SLAM - Simultaneous Localization and Mapping) Pag. 2

3 PERCEÇÃO Pag. 3

4 PERCEÇÃO CARACTERISTICAS IMPORTANTES DOS SENSORES: - Gama de medida - Resolução - Lineariedade - Banda passante - Caracterização do erro - Precisão / repetibilidade - Robustez a variações ambientais - Custo / tamanho / peso / consumo energético Pag. 4

5 PERCEÇÃO CARACTERIZAÇÃO DA PERCEÇÃO: - Proprioceção: perceção do estado interno do robô (ex. encoders) - Exteroceção: perceção dependente do ambiente externo (ex. ultra-sons) MODOS DE PERCEÇÃO: - sensores passivos (ex. interruptor) - sensores ativos (ex. laser) Pag. 5

6 PERCEÇÃO Pag. 6

7 PERCEÇÃO Força/contacto Células de carga, variação da resistência, piezo, : Pag. 7

8 PERCEÇÃO Força/contacto Interruptores, bumpers, barreiras, : Pag. 8

9 PERCEÇÃO Movimento/posição de eixos SENSOR DE POSIÇÃO ENCODER ABSOLUTO: SENSOR DE POSIÇÃO/VELOCIDADE ENCODER INCREMENTAL (ótico ou magnético): Pag. 9

10 PERCEÇÃO Movimento/posição de eixos SENSOR DE VELOCIDADE TACOGERADOR: Gera uma tensão elétrica proporcional à velocidade de rotação Pag. 10

11 PERCEÇÃO Movimento/posição de eixos SENSOR DE POSIÇÃO RESOLVER: Pag. 11

12 PERCEÇÃO Movimento/posição de eixos SENSOR DE POSIÇÃO Potenciometro: Pag. 12

13 PERCEÇÃO Orientação/rotação do robô Bussola (orientação em relação ao campo magnético): Inclinómetro: - sensível à presença de materiais ferro-magnéticos ou condutores elétricos percorridos por correntes não desprezáveis. - Mais útil no exterior (menos perturbações), no entanto no interior pode dar uma informação qualitativa (rejeitar outliers) Pag. 13

14 PERCEÇÃO Orientação/rotação do robô Giroscópio (velocidade angular): - mecânico: mede as forças geradas - ótico: mede a interferência de feixes de luz, o feixe que gira em sentido contrário ao da rotação tem percurso menor Pag. 14

15 PERCEÇÃO Orientação/distância de balizas Distância a balizas acústicas: Pag. 15

16 PERCEÇÃO Orientação/distância de balizas Distância/ângulo com refletores (laser): Distância com rádio e ultra-sons: Pag. 16

17 PERCEÇÃO Orientação/distância de balizas Ângulo com sensores óticos: Distâncias com sinais de rádio (ex. GPS): Pag. 17

18 Distância dada por d = c.t 2 PERCEÇÃO distância ULTRA-SONS, reflecção depende da superficie, da orientação,... Pag. 18

19 PERCEÇÃO distância ULTRA-SONS: - medidas geralmente entre 10cm e 5m - frequências superiores a 30Khz - objeto a 3,5m demora 20ms a refletir o som, um anel com 10 sensores para evitar interferências só dará 5 medidas por segundo. Pag. 19

20 PERCEÇÃO distância LASER RANGE FINDERS Distância pode ser dada pela diferença de fase entre a onda emitida e a reflectida: d = λθ 4π Pag. 20

21 PERCEÇÃO distância INFRAVERMELHOS: sensibilidade à luz ambiente, à cor e textura da superfície refletora e ao ângulo de incidência. Reflecção simples): Triângulação: Pag. 21

22 PERCEÇÃO velocidade linear Doopler radar : Microwave Doppler Radar Wireless Module Motion Sensor GHz Doopler (som) : Pag. 22

23 PERCEÇÃO aceleração linear Acelerómetros : Mede aceleração através da lei F=ma. Por exemplo com uma mola (F=Kx) resulta a=kx 2 /m. Os de baixo custo possuem ruido elevado. Pag. 23

24 PERCEÇÃO IMUs IMU Inertial Measurement Unit: Combina acelerómetros, giroscópios e magnetómetros de 3 eixos e algum pré-processamento: Pag. 24

25 PERCEÇÃO visão VISÃO ARTIFICIAL Caracteristicas importantes: - resolução (por exemplo 640x480 pixeis) - nº de bits por pixel (8 bits, 16 bits, 32 bits...) - imagens captadas por segundo (15 fps, 25 fps,...) - a preto e branco ou a cores - representação da cor (RGC, YUV,...) Pag. 25

26 PERCEÇÃO visão VISÃO 3D / Profundidade KINECT: baseada na projeção de um padrão MESA SR4000: TOF Time of Flight Pag. 26