WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA AUTOMATYKI. Sensoryka robotów. Dr inż. Mariusz Dąbkowski



Podobne dokumenty
Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

Czujniki i urządzenia pomiarowe

PRZETWORNIKI POMIAROWE

Kinematyka manipulatora równoległego typu DELTA 106 Kinematyka manipulatora równoległego hexapod 110 Kinematyka robotów mobilnych 113

BEZDOTYKOWY CZUJNIK ULTRADŹWIĘKOWY POŁOŻENIA LINIOWEGO

Wykład 7. Selsyny - mikromaszyny indukcyjne, zastosowanie w automatyce (w układach pomiarowych i sterowania) do:

Pomiar prędkości obrotowej

Mikrosilniki prądu stałego cz. 2

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

Mikrosilniki prądu stałego cz. 2

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA AUTOMATYKI. Robot do pokrycia powierzchni terenu

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Spis treści Wstęp Rozdział 1. Metrologia przedmiot i zadania

Podstawy Automatyki. Wykład 12 - Układy przekaźnikowe. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

Badanie czujników odległości Laboratorium Mechatroniki i Robotyki

PRZYRZĄDY POMIAROWE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Czujniki i urządzenia pomiarowe. Czujniki zbliżeniowe (krańcowe), detekcja obecności. Czujniki zbliżeniowe, detekcja obecności

Identyfikacja cieplnych modeli elektrycznych układów napędowych

SILNIK KROKOWY. w ploterach i małych obrabiarkach CNC.

Czujniki. Czujniki służą do przetwarzania interesującej nas wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Najczęściej spotykane są

Ćwiczenie EA5 Silnik 2-fazowy indukcyjny wykonawczy

Wydział Metrologii Elektrycznej, Fizykochemii, Akustyki, Drgań i Promieniowania Optycznego

Indukcyjny czujnik przemieszczenia liniowego LI300P0-Q25LM0-LIU5X3-H1151

86403,86413, Prędkość obrotowa do 3000 min -1 (chwilowa)

Zakład Teorii Maszyn i Układów Mechatronicznych. LABORATORIUM Podstaw Mechatroniki. Sensory odległości

Ćwiczenie 6 BADANIE PRĄDNIC TACHOMETRYCZNYCH

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

P O L I T E C H N I K A Ł Ó D Z K A INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI ZAKŁAD ELEKTROWNI LABORATORIUM POMIARÓW I AUTOMATYKI W ELEKTROWNIACH

bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

Sensoryka i układy pomiarowe łazika marsjańskiego Scorpio IV

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Proste układy wykonawcze

SENSORY. Aktywne np. rezystancyjne Pasywne np. elektromagnetyczne

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Silniki synchroniczne

Dalmierze elektromagnetyczne

Badania charakterystyki wyrobu i metody badawcze. Kompatybilność elektromagnetyczna Odporność uzbrojenia na wyładowania elektrostatyczne.

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

Sterowanie układem zawieszenia magnetycznego

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

Magnetycznie uruchamiany czujnik przemieszczenia liniowego WIM100-Q25L-LIU5X2-H1141

Cel ćwiczenia. Przetwornik elektromagnetyczny. Silniki krokowe. Układ sterowania napędu mechatronicznego z silnikiem krokowym.

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Pytania podstawowe dla studentów studiów II-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Defektoskop ultradźwiękowy

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Matematyczne modele mikrosilników elektrycznych - silniki prądu stałego

Badane cechy i metody badawcze/pomiarowe

Maszyny Elektryczne Specjalne Special Electrical Machines. Elektrotechnika I stopień ogólnoakademicki. niestacjonarne

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Podstawy Automatyki laboratorium

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Technik elektronik 311[07] moje I Zadanie praktyczne

Aplikacje Systemów. Nawigacja inercyjna. Gdańsk, 2016

Ćwiczenie EA9 Czujniki położenia

PL B1. WOJSKOWY INSTYTUT MEDYCYNY LOTNICZEJ, Warszawa, PL BUP 23/13

Pomiary drogi (przemieszczenia) i kąta [5]

Zastosowanie ultradźwięków w technikach multimedialnych

KRÓTKA INFORMACJA Czujniki kąta skrętu Czujniki proste i podwójne

Ćwiczenie 8. BADANIE MASZYN PRĄDU STAŁEGO STANOWISKO I. Badanie silnika bocznikowego

MiAcz3. Elektryczne maszynowe napędy wykonawcze

ROBOT MOBILNY ZBIERAJĄCY INFORMACJE O POMIESZCZENIU

Przetworniki pomiarowe obrotu i przesunięcia liniowego

Badziak Zbigniew Kl. III te. Temat: Budowa, zasada działania oraz rodzaje mierników analogowych i cyfrowych.

Ćw. 18: Pomiary wielkości nieelektrycznych II

Badania elementów i zespołów maszyn laboratorium (MMM4035L) Zastosowanie systemu nawigacyjnego w pomiarach geometrii elementów maszyn. Ćwiczenie 22.

ĆWICZENIE 3. Badania właściwości modelu optoelektronicznego przetwornika przemieszczeń liniowych

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

Podstawy transmisji sygnałów

Indukcyjny czujnik przemieszczenia liniowego LI1000P0-Q25LM0-LIU5X3-H1151

Ćw. 18: Pomiary wielkości nieelektrycznych II

Indukcyjny czujnik przemieszczenia liniowego LI1000P0-Q25LM0-LIU5X3-H1151

Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych Laboratorium Metrologii II. 2013/14. Grupa: Nr. Ćwicz.

Selsyny Budowa: uzwojenie pierwotne (wzbudzenia) zasilane jednofazowo; uzwojenia wtórne (synchronizacji) trzy uzwojenia przesunięte względem siebie o

Systemy i Sieci Radiowe

Magnetycznie uruchamiany czujnik przemieszczenia liniowego WIM100-Q25L-LIU5X2-H1141

WAT - WYDZIAŁ ELEKTRONIKI INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH. Przedmiot: CZUJNIKI I PRZETWORNIKI Ćwiczenie nr 1 PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 06/ WUP 06/17

Serwomechanizm - zamknięty układ sterowania przemieszczeniem, o strukturze typowego układu regulacji. Wartość wzorcowa porównywana jest z

ScrappiX. Urządzenie do wizyjnej kontroli wymiarów oraz kontroli defektów powierzchni

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

DATAFLEX. Miernik momentu obrotowego DATAFLEX. Aktualizowany na bieżąco katalog dostępny na stronie

w diagnostyce medycznej III

Silniki prądu stałego

Wykład 4. Strumień magnetyczny w maszynie synchroniczne magnes trwały, elektromagnes. Magneśnica wirnik z biegunami magnetycznymi. pn 60.

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 14. Pomiary przemieszczeń liniowych

Czujnik ultradźwiękowy serii BKS+/BKS

Czujnik ultradźwiękowy serii DBK 4+

Karta charakterystyki online. WTB4S-3P5232H W4S-3 Inox Hygiene FOTOPRZEKAŹNIKI MINI

Wykład 5. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów

Badanie prądnicy prądu stałego

PL B1. Układ do lokalizacji elektroakustycznych przetworników pomiarowych w przestrzeni pomieszczenia, zwłaszcza mikrofonów

Transkrypt:

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA AUTOMATYKI Sensoryka robotów Dr inż. Mariusz Dąbkowski

Podział układów sensorycznych używanych w robotyce Obecności i zbliżenia Sonar Radar Czujnik laserowy Sensor podczerwieni Czujnik podczerwieni Prędkości Prądnica tachometryczna Układ obrotowo-impulsowy Zmysłów Dotyku Czujniki stykowe Czujniki siły Sztuczna skóra

Podział układów sensorycznych używanych w robotyce Wzroku Optyczne Systemy rozpoznawania obrazów Położenia i przemieszczenia Potencjometr Selsyn przelicznikowy (rezolwer) Induktosyn Przetwornik obrotowo-impulsowy (enkoder) Liniał kreskowy Tarcza kodowa Liniał kodowy

Zależność prędkości fali akustycznej od temperatury ( T ) c = 13,044 1 + T 273

Zależność długości fali akustycznej od jej częstotliwości λ = c f

α α Tłumienie fali akustycznej w zależności od częstotliwości i wilgotności ( f ) = 0,01 f dla f < 50kHz ( f ) = 0,022 f 0,6 dla f 50, 300 khz

Tłumienie fali akustycznej w zależności od częstotliwości i wilgotności

Trójwymiarowa powierzchnia wiązki ultradźwięków D λ K. W.

Dwuwymiarowy przekrój przez wiązkę ultradźwięków D λ K. W.

Pomiar odległości od ściany EL f (R) = SPL(R 0 ) 20log(R/R 0 ) α f R [db/1μp] gdzie: EL f (R) poziom echa dla częstotliwości f R odległość od przeszkody SPL(R 0 ) (Sound Pressure Level) poziom ciśnienia dźwięku czujnika dla odległości referencyjnej R 0 SPL(R 0 ) = 20log(p) p [μp] α f współczynnik tłumienia dźwięku w ośrodku dla częstotliwości f

Pomiar odległości od przedmiotów okrągłych EL f (R) = SPL(R 0 ) 40log(R/R 0 ) 2α f R + TS gdzie: TS (Target Strength) poziom odbicia od celu

Błąd pomiaru wprowadzany przez zmiany temperatury Błąd bezwzględny err Rin (R) = 0.0017R [1/ 0 C] err Rft (R) = 0.0204R [1/ 0 C] Błąd względny err Rin (ΔR) = 0.0017ΔR [1/ 0 C] err Rft (Δ R) = 0.0204ΔR [1/ 0 C]

Zasięg sensorów w zależności od obiektu i częstotliwości fali

Budowa czujnika

Budowa układu pomiarowego

Przykład czujnika przemysłowego UM-30-3000A-HP firmy SELS Strefa działania Strefa martwa Częstotliwość fali ultradźwiękowej Rozdzielczość Powtarzalność Wpływ temperatury Czas opóźnienia sygnału analogowego 350 3400 mm 0 350 mm ok. 120 khz 1 mm ±3 mm 0,17 %/K 130 ms

Radio Detection And Ranging Wykorzystuje fale radiowe λ 1 300 [mm], f 1 300 [GHz] Równanie zasięgu radaru (źródło fal w tym samym miejscu co odbiornik) P 0 = P G n n A σ 0 2 4 2 ( 4π ) R L gdzie: P n moc nadajnika G n zysk anteny nadawczej A o skuteczna apertura (powierzchnia) anteny odbiorczej σ skuteczna powierzchnia odbicia R odległość pomiędzy radarem a celem L współczynnik tłumienia na trasie sygnału radar-cel

Wykorzystują fale odługości λ 380 780 [nm] Czujnik impulsowy W dalmierzach impulsowych mierzony jest czas od momentu wyjścia konkretnego impulsu do jego powrotu. 1 D = v τ 2 Dokładność: τ = 2D 2 2 11 = = 0,6 10 5 6 11 v 3 10 10 3 10 () 6 [] s

Czujnik fazowy W dalmierzach fazowych mierzone jest przesunięcie fazowe pomiędzy falami: wyjściową i odbitą D = λ Δϕ w 2 2π y gdzie: 2D Δϕ w y = ω v

Wykorzystują fale o długości λ 780 [nm] 3 [mm] Czujniki aktywne Prąd zasilania Sensor zbliżenia i Ścieżka światła Przedmiot Napięcie wyczuwalne 1 [m] Czujniki pasywne Wielopolowy element fotooptyczny reagujący na promieniowanie podczerwone Wykrywanie ludzi systemy alarmowe

1 źródło światła 2 układ optyczny 3 fotodioda 4 układ optyczny odbiorczy 5 strefa rozpoznawania obiektów

Prądnica tachometryczna Najbardziej rozpowszechnione prądnice prądu stałego m V U = K Zalety Brak błędów fazowych PT n Wysoka liniowość i stromość charakterystyk wyjściowych Brak napięcia wzbudzenia w prądnicach z magnesami trwałymi Niewystępowanie SEM przy nieruchomym tworniku Wady Obecność styków ślizgowych Zmniejszenie niezawodności Pulsacje napięcia wyjściowego (szczególnie przy małych prędkościach) Iskrzenie, zakłócenia radioelektryczne Błąd do kilku procent, K PT = 10 100 obr min

Przetwornik obrotowo-impulsowy = s rad t C N POM e 1 2π ω + = + = s m t e t t D e t t t v e D v e Di i Di i Di i i Vi Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ 2 1 Błąd metody + = + = s rad t e t t e t t t e e i i i i i i i i α α α ω Δ Δ Δα Δ Δ Δω Δ Δα Δω Δ 2 1 [ ] [ ] s t rad e dla s rad e i i 05 0,, 180,3491 0 = = = π Δ Δ α ω [ ] [ ] s t m e dla s m e Di Vi 05 0,, 0,00144,0288 0 = = = Δ Δ np.: np.:

Czujniki stykowe Łączniki stykowe (drogowe) element generujący sygnał elektryczny (hydrauliczny, mechaniczny) w wyniku przesunięcia względem niego kołka, zderzaka lub magnesu trwałego Czujniki sił i naprężeń Tensometry rezystancyjne zmiana rezystancji przetwornika metalowego pod wpływem sił naprężeń Przetworniki zmieniające siłę na przesunięcie mechaniczne mieszki sprężyste

Przetworniki magnetoelektryczne zmiana kierunku wektorów magnetyzacji pod wpływem naprężeń oddziałujących na ferromagnetyk w formie walca zmiana sprzężenia magnetycznego między uzwojeniami wtórnym a pierwotnym

Sztuczna skóra

Sztuczna skóra

Sztuczna skóra

Optyczne Wykorzystuje się układ soczewek skupiających do dokonywania przy jego użyciu transformaty Fouriera Cyfrowe Komputerowe przetwarzanie obrazu przy użyciu metod matematycznych: statystyki, teorii podejmowania decyzji, teorii informacji Bioniczne Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych

Schemat blokowy układu wizyjnego robotów Kamera A/C Lokalizacja obiektu Poszukiwanie gradient Blok wstępnego przetwarzania Aproksymacja konturu Blok wydzielania i analizy Obliczanie parametrów Transformacja linii Model obiektu Identyfikacja obiektu Blok identyfikacji obiektu Do układu sterowania robota

Blok wstępnego przetwarzania obrazu Przetworzenie analogowego zapisu obrazu na cyfrowy Lokalizacja obiektu w obrazie f(1,1) f(m,n) S 1 S 2 S 4 S 3 Wydzielenie zmian jaskrawości w obrazie oknie Aproksymacja konturów obiektu

Blok wydzielania i analizy cech obiektu Określenie wyróżników zapewniających jednoznaczne rozpoznanie obiektu spośród skończonego zbioru wzorców Pod uwagę bierze się: Powierzchnię rzutu obiektu S Obwód rzutu obiektu L Współczynniki kompaktowości wyrażone wzorami w 1 = L S 2, w 2 2 L = 4πS 2, w 3 4πS = 2 L Moment bezwładności powierzchni obrazu względem środka ciężkości tej powierzchni Odległości między charakterystycznymi punktami obrazu Występowanie lub brak odcinków prostych albo okręgów w obwiedniach obrazu 2

Blok identyfikacji i klasyfikacji Porównanie wyróżników obiektu badanego z wyróżnikami obiektu wzorcowego Współczynnik poprawnej identyfikacji M ( q) = 1 dla Pq Pqm < d 0 w przeciwnym ( q) przypadku gdzie: P q q ty parametr analizowanego obiektu P qm q ty parametr obiektu wzorcowego d (q) maksymalna różnica pomiędzy q tymi parametrami obiektów: badanego i wzorcowego

U = U 0 ϕ 360 O

1 stojan 2 wirnik U W = KU sin t 0 ( ω ϕ )

1 liniał z uzwojeniem wtórnym 2 suwak z uzwojeniami pierwotnymi 3 warstwa izolacyjna 4 folia miedziana 5 zespół przesuwny

a) uzwojenia stojana b) uzwojenia wirnika

1,2 pola widzenia fotoelementów 3,8 fotoelementy 4 przysłona z dwoma parami prążków 5 oświetlacz 6 obrotowa tarcza kreskowa 7 przebiegi wyjściowych sygnałów elektrycznych

Błąd metody Układ odometrii 2πN ΔD = r = cm N[ m] Ce gdzie: N liczba impulsów pochodzących z licznika, C e liczba impulsów licznika dla jednego pełnego obrotu koła (co odpowiada liczbie otworów na tarczy), r promień koła, c m współczynnik konwersji impulsów enkodera na liniowe przesunięcie. Δ e = π α i 180 Δ = Δβ [ rad] Δβ Δβ i i i 2i 1i Di O eβi ΔeD1i + ΔeD2i + Δel1 = ΔeD1i + ΔeD2i + Δel1 = 0,0088 rad = 0, 5062 2 ΔD1i ΔD2i Δl1 2l1 2l1 2l1 l1 2Πr ΔeD1 i, D2i = Δeαir = = 0, 00144 360 Δ ΔD Δe + ΔD Δe [ m] 1 = Δe i i edi = D1i D2i D1i D2i D1i D2i ΔD1 i ΔD2i 2 2 1 1 + Δe 1 = Δe = Δe ΔD ΔD Δe

Przetwornik z podwójną liczbą fotoelementów (Heidenhain) 1 żarówka 6 wałek napędowy 2 układ optyczny 7 fotoelement 3 przysłona 8 układ 4 prążki pojedynczych impulsów (1 na obrót) elektroniczny 5 tarcza kreskowa

1 żarówka 2 układ optyczny 3 przysłona 4 prążki pojedynczych impulsów (bazowych) 5 liniał kreskowy 6 fotoelement 7 układ elektroniczny

1 fotoelement 2 żarówka 3 kondensor