Se Necesita Una Vida
ratc25 de Noviembre de 2013
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SENSORES
Para conseguir que el robot realice su tarea con la adecuada
precisión es preciso que tenga conocimiento tanto de su propio
estado como del estado de su entorno. Dos tipos de sensores:
- Sensores internos: sensores integrados en la propia
estructura mecánica del robot, que dan información del
estado del robot: fundamentalmente de la posición,
velocidad y aceleración de las articulaciones.
- Sensores externos: dan información del entorno del
robot: alcance, proximidad, contacto, fuerza, etc. Se
utilizan para guiado de robots, para identificación y
manipulación de objetos.
Definición: un sensor es un dispositivo eléctrico y/o
mecánico que convierte magnitudes físicas (luz, magentismo,
presión, etc.) en valores medibles de dicha magnitud. Esto se
realiza en tres fases:
- Un fenómeno físico a ser medido es captado por un
sensor, y muestra en su salida una señal eléctrica
dependiente del valor de la variable física.
- La señal eléctrica es modificada por un sistema de
acondicionamiento de señal, cuya salida es un voltaje.
- El sensor dispone de una circuitería que transforma y/o
amplifica la tensión de salida, la cuál pasa a un
conversor A/D, conectado a un PC. El convertidor A/D
tranforma la señal de tensión contínua en una señal
discreta.
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DESCRIPTORES ESTÁTICOS DE UN SENSOR
Los descriptores estáticos definen el comportamiento en
régimen permanente del sensor:
- Rango: valores máximos y mínimos para las variables
de entrada y salida de un sensor.
- Exactitud: la desviación de la lectura de un sistema de
medida respecto a una entrada conocida. El mayor error
esperado entre las señales medida e ideal.
- Repetitividad: la capacidad de reproducir una lectura
con una precisión dada.
- Reproducibilidad: tiene el mismo sentido que la
repetitividad excepto que se utiliza cuando se toman
medidas distintas bajo condiciones diferentes.
- Resolución: la cantidad de medida más pequeña que
se pueda detectar.
- Error: es la diferencia entre el valor medido y el valor
real.
- No linealidades: la desviación de la medida de su
valor real, supuesto que la respuesta del sensor es
lineal. No-linealidades típicas: saturación, zona muerta
e histéresis.
- Sensibilidad: es la razón de cambio de la salida frente
a cambios en la entrada: s = ∂V /∂x
- Excitación: es la cantidad de corriente o voltaje
requerida para el funcionamiento del sensor.
- Estabilidad: es una medida de la posibilidad de un
sensor de mostrar la misma salida en un rango en que
la entrada permanece constante.
- Ruido.
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DESCRIPTORES DINÁMICOS DE UN SENSOR
K
0.5K
t
d
t
r
- Tiempo de retardo: t
t
p
d
t
s
t
, es el tiempo que tarda la salida
del sensor en alcanzar el 50% de su valor final.
- Tiempo de subida: t
r
, es el tiempo que tarda la salida
del sensor hasta alcanzar su valor final. => velocidad
del sensor, es decir, lo rápido que responde ante una
entrada.
- Tiempo de pico: t
, es el tiempo que tarda la salida
den sensor en alcanzar el pico máximo de su
sobreoscilación
p
- Pico de sobreoscilación: M
, espresa cuanto se eleva
la evolución temporal de la salida del sensor respecto de
su valor final.
- Tiempo de establecimiento: t
p
, el tiempo que tarda la
salida del sensor en entrar en la banda del 5%
s
alrededor del valor final y ya no vuelve a salir de ella.
Proceso de calibración: consiste en realizar la comparación
de la respuesta del sensor con otros que tienen una respuesta
estándar conocida; de esta manera se establece la relación
entre la variable medida por el sensor y su señal de salida.
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SENSORES INTERNOS:
La información que la unidad de control del robot puede
obtener sobre el estado de su estructura mecánica es la
relativa a su:
- Posición.
- Velocidad.
- Aceleración
SENSORES DE POSICIÓN:
- Análogicos: potenciómetros, resolver, sincro, LVDT,
Inductosyn.
- Digitales: encoders (absolutos e incrementales).
POTENCIÓMETROS:
Se usan para la determinación de desplazamiento lineales o
angulares. Eléctricamente se cumple la relación:
V
V
AC
BC
R
R
=
AC
BC
C
B
C
V
BC
V
AC
A
Este potencial puede medirse y disponer de un sistema de
calibrado de manera que por cada potencial se obtenga
proporcionalmente una distancia de desplazamiento.
Ventajas: facilidad de uso y bajo precio.
Desventajas: deben estar fijados al dispositivo cuyo
desplazamiento se quiere medir, precisión limitada.
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ENCODERS: (codificadores angulares de posición)
Constan de un disco transparente con una serie de marcas
opacas colocadas radialmente y equidistantes entre sí, de un
sistema de iluminación y de un elemento fotorreceptor.
El eje cuya posición se quiere medir va acoplado al disco, a
medida que el eje gira se van generando pulsos en el receptor
cada vez que la luz atraviese las marcas, llevando una cuenta
de estos pulsos es posible conocer la posición del eje.
La resolución depende del número de marcas que se pueden
poner físicamente en el disco.
El funcionamiento de un encoder absoluto es similar, pero el
disco se divide en un número de sectores (potencia de 2),
codificándose cada uno de ellos con un código binario (código
Gray), con zonas transparentes y opacas.
La resolución es fija y viene dada por el número de anillos que
posea el disco granulado => 2
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hasta 2
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Potenciómetro lineal (Guemisa S.L.)
Encoder óptico (USDigital Corporation)
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RESOLVERS: (captadores angulares de posición)
Constan de una bobina solidaria al eje excitada por una
portadora, y dos bobinas fijas situadas a su alrededor. La
bobina móvil excitada con tensión Vsen(ωt) y girada un ángulo
θ induce en las bobinas fijas las tensiones:
= V sen(ωt) senθ
V
V
1
2
= V sen(ωt) cosθ
SINCROS: la bobina que hace función de primario o rotor se
encuentra solidaria al eje de giro. El secundario está formado
por tres bobinas fijas colocadas alrededor del primario en
forma de estrella y desfasadas entre si 120º (estator). Al rotor
se le aplica una señal senoidal y se genera en cada una de las
bobinas fijas un voltaje inducido con un desfase entre ellos de
120º:
V
13
= 3
1/2
V cos(ωt) senθ
V
32
= 3
1/2
V cos(ωt) sen(θ+120)
V
21
= 3
1/2
V cos(ωt) sen(θ+240)
Para los sistemas de control hay que pasar la señal analógica a
digital, para lo cual se utilizan convertidores resolver / digital
(R/D).
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SENSORES LINEALES DE POSICIÓN (LVDT)
LVDT: transformador diferencial de variación lineal, que consta
de un núcleo de material ferromagnético unido al eje, que se
mueve linealmente entre un devanado primario y dos
secundarios haciendo que varíe la inductancia entre ellos.
En el caso de la figura, se puede afirmar que la energía de la
corriente en la bobina primaria es igual a la que circula en las
secundarias: E
P
i
P
t = E
S
i
S
t => E
P
/ E
P
S
= i
S
/ i
Como resultado de un desplazamiento que se quiere medir, el
núcleo magnético es desplazado de manera que una de las
bobinas secundarias
...