اجزای ربات هوشمند و سنسور های آن

اجزای ربات هوشمند و سنسور های آن

اسلاید 1: Perceptionدکتر سعید شیری قیداری& فصل 4 کتابAmirkabir University of Technology Computer Engineering & Information Technology Department

اسلاید 2: اجزای روبات هوشمندActionعملActuatorsعملگرPerceptionادراک External Worldمحیط خارجیSensorsحسگرCognitionشناخت

اسلاید 3: اجزای روبات هوشمندPerceptionحس کردن، ساخت مدلی از دنیای اطرافCognitionرفتارها، انتخاب عمل، طرح ریزی، یادگیریهمکاری بین چند روبات، کار تیمیپاسخ به محیط، یادگیری چند عاملیActionحرکت، ناوبری، پرهیز از موانع

اسلاید 4: دریافت دانش از محیط یکی از مهمترین وظایف هر سیستم خودکار دریافت دانش از محیطش میباشد.اینکار از طریق بکار گیری سنسورهای مختلف و استخراج اطلاعات مفید از داده های اندازه گیری شده میباشد.رنج وسیعی از سنسورها در روباتهای خودکار مورد استفاده قرار میگیرد. در این فصل سنسورهائی مورد توجه قرار خواهند گرفت که برای دریافت اطلاعات از محیط بکار میروند.

اسلاید 5: مثالی از روبات

اسلاید 6: مثالی از روبات

اسلاید 7: 7Solar CellDigital Infrared RangingCompassTouch SwitchPressure SwitchLimit SwitchMagnetic Reed SwitchMagnetic SensorMiniature Polaroid SensorPolaroid Sensor BoardPiezo Ultrasonic TransducersPyroelectric DetectorThyristorGas SensorGieger-MullerRadiation SensorPiezo Bend SensorResistive Bend SensorsMechanical Tilt SensorsPendulum Resistive Tilt SensorsCDS Cell Resistive Light SensorHall EffectMagnetic FieldSensorsCompassIRDA TransceiverIR Amplifier SensorIR ModulatorReceiverLite-On IR Remote ReceiverRadio ShackRemote ReceiverIR Sensor w/lensGyroAccelerometerIR Reflection SensorIR Pin DiodeUV DetectorMetal Detector

اسلاید 8: برخی سنسور های متداولTactile sensorscontact switch, bumpers…Infrared sensors Reflective, proximity, distance sensors…Ultrasonic Distance SensorInertial Sensors (measure the second derivatives of position)Accelerometer, Gyroscopes, Orientation SensorsCompass, InclinometerLaser range sensorsVision, GPS, …

اسلاید 9: Sensor Fusionدر روباتهای سیار معمولا از تعداد زیادی سنسور استفاده میشود زیرا یک سنسور ممکن است کافی نباشد:سنسورها در عمل دارای نویز زیادی هستنددقت آنها محدود استخراب میشوند ( قابل اعتماد نیستند)قسمت محدودی از محیط را تحت پوشش قرار میدهندقادر به توصیف دقیق محیط نیستندسنسور مورد علاقه ممکن است گران باشد لذا ممکن است با ترکیب چند سنسور ارزان به هدف مورد نظر رسید

اسلاید 10: 10تکنیک های ترکیب اطاعات سنسور هاداده ها از چندین منبع مختلف جمع آوری میشونداز طریق چند سنسور مختلف اندازه گیری میشونداز چند موقعیت مختلف اندازه گیری میشونددر زمانهای مختلف اندازه گیری میشوندبا استفاده از یک روش ریاضی عدم قطعیت موجود در منابع داده درنظر گرفته میشود.روشهای بیزینشبکه های عصبیفیلتر کالمن

اسلاید 11: دسته بندی سنسورهاداخلی: اطلاعاتی را از داخل روبات اندازه گیری میکنند. مثل: سرعت موتور، زاویه مفصل ها، ولتاژ باتری وغیرهخارجی: اطلاعاتی را از محیط روبات جمع آوری میکنند: اندازه گیری مسافت، شدت نور، دامنه صداPassive: سنسور انرژی را از محیط دریافت میکند مثل سنسور حرارتی، CCD ، و میکروفنActive: انرژی را به محیط فرستاده وعکس العمل محیط در مقابل آنرا اندازه گیری میکند.

اسلاید 12:

اسلاید 13:

اسلاید 14: اندازه گیری کارائی سنسورهاDynamic Rangeعبارت است از دامنه حد بالا و پائین مقادیر ورودی به سنسور به نحویکه سنسور قادر به عملکرد عادی خود باشد.DR= Maximum Input/Minimum Inputمعمولا بر حسب دسیبل بیان میشود.

اسلاید 15: اندازه گیری کارائی سنسورهاRange :حد بالای مقادیر ورودی به سنسور Resolution:حداقل اختلاف بین دو مقداری که توسط سنسور قابل دریافت استLinearityنحوه رفتار خروجی یک سنسور نسبت به تغییرات سیگنال ورودی را مشخص میکندیک رفتار خطی با رابطه زیر مشخص میشود.F(ax+by)= aF(x)+ bF(y)

اسلاید 16: اندازه گیری کارائی سنسورهاBandwidth or Frequencyبرای اندازه گیری سرعت یک سنسور در آماده کردن دنباله ای از خروجی ها بکار میرود. بعبارت دیگر تعداد اندازه گیری های سنسور در ثانیه را به فرکانس تعبیر میکنند.Sensitivityعبارت است از معیاری از میزان تغییرات جزئی در سیگنال ورودی که میتواند باعث تغییر در خروجی شود:Output change / Input change

اسلاید 17: اندازه گیری کارائی سنسورهاCross Sensitivityعبارت است از حساسیت به پارامترهای محیطی که متعامد با سیگنال اصلی هستند.یک قطب نما میتواند در جهت یابی روبات بر اساس میدان مغناطیسی زمین بسیار مفید باشد. اما این وسیله علاوه بر میدان مغناطیسی زمین به مصالح ساختمانی فلزی نیز حساسیت دارد. در نتیجه استفاده از آن برای روبات که در محیط اتاق حرکت میکند چندان مفید نخواهد بود.

اسلاید 18: اندازه گیری کارائی سنسورهاerrorعبارت است از تفاضل مقدار اندازه گیری شده و مقدار واقعیerror = m – vAccuracyaccuracy =1-error/vPrecisionسنسوری دارای Precision بالاست که بتواند در اندازه گیری های متفاوت از یک کمیت واحدخروجی یکسانی تولید نماید.precision= range/σ

اسلاید 19: مشکلات کار در محیط واقعیروبات متحرک باید وضعیت محیط اطرافش را درک کرده، آنالیز نموده و بنحو قابل استفاده ای بازگو نماید. اما اندازه گیری در محیط واقعی که همواره در معرض تغییر است کاری است مشکل و دارای خطا خواهد بود.مثالی از تغییرات و خطاهای محیطی:تغییرات شدت نورجذب نور یا صدا توسط سطوحانعکاس توسط سطوحدر نتیجه روبات همواره در معرض حساست تعامدی نسبت به موقعیت و دینامیک روبات و محیط خواهد بود.مدل کردن خطاهای تصادفی کار سختی استتعریف خطای سیستماتیک و تصادفی برای محیط های کنترل شده امکان پذیر است ولی برای روبات متحرک بسیار سخت است.

اسلاید 20: مدل کردن خطا

اسلاید 21: مدل کردن خطامیتوان رفتار سنسورها را با استفاده از یک تابع احتمال مدل نمود. از آنجائیکه معمولا دانش کمی در مورد علت بوجود آمدن خطا وجود دارد در اغلب موارد توزیع احتمال خطا بصورت متقارن در نظر گرفته میشود. این فرض میتواند در مورد مثالهای زیر ناصحیح باشد:بسته به شکل محیط و نوع اشیا قرار گرفته در آن سنسور اولتراسونیک فاصله را بیش از حد واقعی نشان میدهد. لذا برای حالتی که سیگنال برگستی صحیح بوده و حالتی که سگنل از محیط بدرستی برنگردد به دو مدل مختلف نیاز خواهیم داشت.در مورد بینائی استریو کارولیشن صحیح برای همه پیکسلها اتفاق نمی افتد و نتایج ناصحیح بدست می آید.

اسلاید 22: مکان یابیLocalization

اسلاید 23: مکان یابی روبات در محیط یکی از قابلیت های اساسی برای یک روبات متحرک توانائی مکان یابی است. یعنی روبات بتواند موقعیت خود در محیط را تشخیص دهد.روشهای مختلفی برای اینکار وجود داردGlobal Positioning SystemDead-reckoning localizationTriangulation Ranging....