1 / 62

Sensors and Sensing

Sensors and Sensing. Morpheu s: What is rea l? How do you define rea l? If yo u’ re talking about your senses, what you feel, taste, smell, or see, then all you're talking about are electrical signals interpreted by your brain. Matrix, 1999. Sensors and Sensing.

richard-clay
Télécharger la présentation

Sensors and Sensing

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Sensors and Sensing

  2. Morpheus: What is real? How do you define real? If you’re talking about your senses, what you feel, taste, smell, or see, then all you're talking about are electrical signals interpreted by your brain. Matrix, 1999

  3. Sensors and Sensing

  4. Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 4

  5. Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 5

  6. Bald eagle’s eye: specification • human’s size • 5 times more pixels than human’s • can spot a rat in 4 sq.km from 2 km away • front facing • double eyelid Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 6

  7. Bell Jelly Green light = relax Purple light = escape

  8. Dragon fly’s eye: 29,000 lenses for each eye 5X faster response than human’s Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 8

  9. Predator and Prey Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 9

  10. Survivor Champion Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 10

  11. A Study of the Survivability of the Cockroach to Novel Stress ConditionsJason L. Maron, Department of Physics, California Institute of Technology These experiments were performed with a minimum of scientific accuracy. There was no control, as it was impossible to use the same cockroach for all experiments. This points to the necessity of establishing a standard "reference cockroach". These ``scientific" findings have been included in the book ``The Complete Cockroach" Freeze in Liquid NitrogenDies. The minimum survivable temperature has not been determined. Expose to vacuumThe cockroach agitates violently as the air is removed, and then is still. Vacuum was aplied for 10 minutes. Upon return of the air, the cockroach slowly came back to life, and appeared to be back to normal after 2 minutes. A pressure gauge was employed to verify that the only gas present in the chamber was that which was outgassing from the cockroach. The maximum vacuum time has not been determined. RadiationCockroaches have been known to survive prolonged exposure to an X-ray beam produced by a 40 kW rotating anode source. By comparison, human flesh exposed to this beam is completely inviable after one second of exposure. A cockroach exposed to a 10 keV X-ray beam produced by the Synchrotron at Brookhaven National Laboratory (the National Synchrotron Light Source) died. The synchrotron beam has about 1000 times the intensity of a rotating anode beam. The precise radiation exposure limit has not been determined.

  12. Dunk in 12 molar HClDies in 30 seconds. Dunk in 18 molar NaOHDies in 30 seconds. Dunk in waterAfter 10 minutes submersion in water, the cockroach revived. The maximum submersion time has not been determined. Apply air pressure of 20 atmospheresNo effect effect. The maximum pressure has not been determined. Place in 100 degree celcius ovenTakes a long time to die. The thermal exposure limit has not been determined. Crush between shoe and floorAbout 29.4 N of force are required to crush the exoskeleton. This is known as the crush point. CentrifugeThe maximun centrifuge capacity of the cockroach has not been determined. An estimate could be made from the shoe and floor result. Fire with slingshot at a wallThis would be a test of the sudden deceleration trauma limit of the cockroach, which is expected to be significantly higher than the crush point. The experiment has not been performed. MicrowaveDies in 5 seconds, but no kaboom. Spray with roachkillDies. ExplosionA cockroach at ground zero of an M60 cherry bomb survived.

  13. Sensors for Robots Why? Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 13

  14. Introduction ที่ผ่านมาในการวางแผนการเคลื่อนที่ เราต้องมีแบบจำลองของสิ่งแวดล้อมเป็นข้อมูลเข้า จากนั้นแผนการเคลื่อนที่ที่ได้จะถูกนำไปใช้โปรแกรมหุ่นยนต์จริง Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 14

  15. แต่หากขณะทำงานจริงเกิดมีสิ่งกีดขวางที่ไม่อยู่ในแบบจำลอง หุ่นยนต์ควรต้องมีความสามารถที่จะหลบหลีกสิ่งกีดขวางเหล่านี้ได้ด้วย Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 15

  16. ยิ่งไปกว่านั้น หากหุ่นยนต์ต้องทำงานในสถานที่ซึ่งไม่เคยมีใครไปมาก่อนล่ะ Mars Exploration Rovers (Spirit and Opportunity) ที่ถูกส่งไปดาวอังคารเมื่อ 10 มิ.ย. 46 และกำหนดการถึงดาวอังคารราวต้นปี 47 Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 16

  17. Animation of the rovers from NASA Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 17

  18. Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 19

  19. เรารู้ได้อย่างไรว่ามีไก่ย่างวางอยู่ข้างหน้าเรารู้ได้อย่างไรว่ามีไก่ย่างวางอยู่ข้างหน้า • เปิดตาดูสักเสี้ยววินาที • สูดกลิ่นดู • ลองชิมดู • ลองคลำๆ ดู • ตะโกนถามดู โชคดีคงมีคนบอก ประสาทรับรู้ทั้งห้าที่ทำงานประสานกัน ให้ข้อมูลใช้ในการประมวลข้อสรุปที่น่าเชื่อถือมากที่สุด Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 20

  20. สอนให้หุ่นยนต์รู้จักไก่ย่าง ทำอย่างไรดี • ให้หุ่นยนต์เห็นไก่ย่างแบบต่างๆ จากมุมที่แตกต่าง จากสภาพแสงที่แตกต่างกัน ฯลฯ • ให้หุ่นยนต์เห็นสิ่งที่ไม่ใช่ไก่ย่าง เมื่อไรหุ่นยนต์ถึงจะรู้จักไก่ย่างเหมือนเราล่ะ Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 21

  21. ที่เรารู้จักไก่ย่างอาจไม่ใช่เกี่ยวกับไก่ย่างอย่างเดียว แต่เป็นประสบการณ์และความรู้ที่เราสะสมมา • เราเห็นไก่ย่างเพราะสมองสั่งให้เราเห็นเป็นไก่ย่าง เช่นรูปสามเหลี่ยมที่ไม่ได้วาด Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 22

  22. สสดวัคีรบ ไมอ้ต่งตใกจถาค้ณุอาน่ข้คาวามนี้าเข้ใจ ไม่ใช่เรื่องเซนเซอร์อย่างเดียวแล้ว แต่เกี่ยวกับระบบประมวลผลด้วย การรับรู้สิ่งแวดล้อมไม่ใช่เรื่องง่ายเลย

  23. Control signals Computer Robot Control components Actuators Transmission Mechanical system Sensors Internal state Sensory feedback Model Intelligence algorithm Tasks (work cycle) Motion algorithm Control algorithm Program Interaction (force/motion) Sensors Workspace Programming (teaching) แผนผังแสดงส่วนประกอบของระบบหุ่นยนต์ Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 24

  24. เซนเซอร์ (Sensor) • Internal sensors • Status • Location • External sensors • Environment • Quality control • Safety Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 26

  25. Internal sensors ให้ข้อมูลเกี่ยวกับตัวหุ่นยนต์เอง • Status sensors บอกสถานะของอุปกรณ์ในตัวหุ่นเช่นตำแหน่งของ joint ต่างๆ force/torque ความเร็ว ความเร่ง สถานะของระบบควบคุม • Location sensors บอกตำแหน่งของหุ่นยนต์ในบริเวณทำงาน Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 27

  26. Status sensors • Joint position sensor (encoder) บอกมุมของ joint ว่าหมุนไปกี่องศาแล้ว Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 28

  27. Optical encoder Revolute joint Encoder plate Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 29

  28. Optical encoder • Absolute encoder Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 30

  29. Optical encoder • Incremental encoder Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 31

  30. Optical encoder ตัวอย่าง encoderทั้งแบบที่มาแยกและแบบที่ติดมากับ motor Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 32

  31. Positional transducer ใช้บอกความยาวของ prismatic joint(ข้อต่อแบบเลื่อน) ว่ายาวเท่าไร คล้ายสายวัด Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 33

  32. Accelerometer หลักการ สำหรับเชือกยาว 25 cm กับตุ้มน้ำหนักและไม้โปรฯ Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 34

  33. Accelerometer หรือวัดความยาวของสปริงที่เปลี่ยนไป Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 35

  34. Accelerometer ความเก็บประจุแปรผันกับระยะห่างระหว่าง plate Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 36

  35. Accelerometer MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems)sensor Resolution:1 mg Range: 1.7 g Cost: 4-10$ Used in airbag Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 37

  36. Force sensor หลักการ แรงทำให้วัตถุงอโค้งได้ ระยะที่เปลี่ยนไปแปลตามแรงที่กระทำ Strain gauge Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 38

  37. Force sensor Strain gauge แบบต่างๆ ในท้องตลาด Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 39

  38. Force/torque sensor Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 40

  39. Force/torque sensor Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 41

  40. Use of status sensors Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 42

  41. Location sensor บอกตำแหน่งของหุ่นยนต์ที่เคลื่อนที่ได้ในบริเวณทำงาน ปัญหาการหาตำแหน่งมีชื่อเฉพาะในวงการหุ่นยนต์ว่า localization problem • Odometry: dead reckoning • wheel encoder • compass • Landmark based • barcode • vision • Triangulation • active beacon • active robot • GPS Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 43

  42. Active beacon เสาจะส่งสัญญาณออกไปพร้อมๆ กันเป็นจังหวะ หุ่นยนต์รับ infared ได้เกือบทันที จากนั้นรอว่าจะได้รับยิน ultrasound จากเสาแต่ละต้นเมื่อใด เมื่อทราบก็นำมาคำนวณระยะห่างกับเสาแต่ละต้น แล้วนำไปคำนวณตำแหน่งของหุ่นจากตำแหน่งของเสาที่ทราบอยู่แล้ว t3 Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 44

  43. Active robot หุ่นยนต์เป็นตัวส่งสัญญาณออกไปเป็นจังหวะ และมีอย่างน้อยสามสถานีรับที่ตรวจจับสัญญาณเพื่อคำนวณระยะเวลาเดินทางของสัญญาณและหาระยะทางเพื่อคำนวณตำแหน่ง Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 45

  44. Environment sensor บอกว่ามีอะไรอยู่ในสิ่งแวดล้อมบ้าง • Collision detection • Object detection • Near object detection • Far object detection Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 46

  45. Collision detection • Photo transistor Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 47

  46. Collision detection • Plunger switch frame switch Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 48

  47. Collision detection • Pressure sensor Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 49

  48. Collision detection • Laser and fiber optics Introduction to Robotics อรรถวิทย์ สุดแสง บทที่ 3 หน้า 50

More Related