SENSORS
INTRODUCCIÓ
Un sensor es un dispositiu que converteix un cert fenòmen físic en senyals elèctrics que el microprocessador es capaç de llegir, generalment tensió, corrent o freqüència.
Sensibilitat i rang
Sensibilitat: és una mesura del grau de canvi en la sortida del sensor respecte a la variació del senyal a mesurar. La sensibilitat d’un sensor es defineix com:
On:
x, senyal a mesurar
r, senyal de sortida
Ex. Robots amb diferents sensors
SENSORS DE LLUM
Ens interessa detectar generalment radiacions visibles i IR.
Els sensors de llum es classifiquen en:
- Fotoresistències
- Fototransistors i fotodíodes
Es tracta d’un sensor resistiu en que la variació de resistència s’experimenta per l’aplicació d’una radiació lluminosa. L’interfassatge amb el ?P resultat senzilla i només cal afegir-hi una resistència.
2. FOTOTRANSISTORS I FOTODÍODES
Es tracta de sensors de tipus semiconductor, s’aprofita la propietat
de que en un semiconductor el nivell de radiació lluminosa es capaç
de fer augmentar el corrent invers en el semiconductor.
Els sensors d’aquests tipus s’utilitzen com a sensors de proximitat
a partir d’un emissor i un receptor de IR.
Sensors piroelèctrics
Es fan servir per a detectar moviment, són sensors capaços de detectar radiació tèrmica a temperatura ambient.
SENSORS DE FORÇA
Els sensors de força es poden fer servir per a determinar quan el robot es troba en contacte amb un altra objecte i on es troba aquest objecte amb relació amb el robot.
MICROINTERRUPTORS
Aquest proporcionen una sortida binària corresponent al seu estat, connectat o desconnectat.
GALGUES EXTENSOMÈTRIQUES
Les galgues extensiomètriques es fonamenten en la variació de la resistència d’un conductor o semiconductor quan se li aplica un esforç mecànic.
SENSORS PIEZOELÈCTRICS
L’efecte piezoelèctric consisteix en l’aparició d’una polarització elèctrica en un material al deformar-se sota l’acció d’una força.
Sensors de so
Sensors de so en la banda audible permeten al robot interaccionar amb l’operador, en canvi els sensors d’ultrasons permeten detectar i evitar els obstacles.
MICROFONS
Un micròfon es pot connectar fàcilment amb el uP. S’utilitzen per a: fer anar el robot cap a una font sonora o allunyar-se de la font, respondre a uns sons determinats o localitzar un punt que emet un so.
SONAR
Mentres un sensor d’IR només proporciona informació de
la existència o no d’un objecte, però no de la seva proximitat
els sensors d’ultrasons proporcionen informació de la distància
de l’objecte.
Aquest tipus de sensors emeten una ona i determinen el temps en que
triga en tornar, a partir de la velocitat de propagació poden determinar
la distància del sensor a l’objecte.
POSICIÓ I ORIENTACIÓ
Per a que un robot pugui trobar el camí que ha de seguir en un determinat entorn ha de realitzar certes mesures, anem a revisar els sensors que ens poden ajudar en aquesta tasca
ENCODER
Un encoder s’utilitza per a mesurar la posició d’una roda o la
velocitat de gir.
Els encoders es classifiquen en absoluts o incrementals.
Absoluts, proporcionen un codi que indica la posició exacta del
disc al voltant dels 360º.
Incremental, proporcionen un nombre determinat de polsos per revolució,
s’afegeix un altra senyal en quadratura per a determinar el sentit de gir.
GYROS
Un giròscop es fa servir per a determinar la velocitat de rotació d’un robot i per tant el desplaçament realitzat
BRUIXOLA
Dóna informació exacte de l’orientació del robot.
MESURES INTERNES
Nivell de bateria
Sensat del corrent
Es pot fer a través d’una resistència mesurant la caiguda de tensió
Emissor-Receptor ranurat
Motors Elèctrics. Classificació dels diferents tipus de motors.
Un motor elèctric converteix energia elèctrica en energia mecànica.Tipus:
AC, accionats a partir d’una font d’alterna, s’utilitzen en aplicacions on la potència necessària es elevada. En robòtica presenten l’inconvenient que generalment no es disposa d’una font de AC
DC, accionats a partir d’una font de contínua, en tenim de diferents tipus:
- DC d’escombretes (brush-type)
- Pas a Pas
- Brushless
Funcionament d’un motor DC
Tipus de motors DC d’escombretes
Diferents tipus de motors DC. (a) Imant permanent. (b) Excitació independent. (c ) Debanat d’excitació en paral·lel. (d) Debanat d’excitació sèrie (e) Debanat d’excitació compost
Motor pas a pas
Principi de funcionament
Drivers per a motors de DC. Tècniques de control
Accionament: Un microprocessador o qualsevol altre element de control no pot accionar directament un motor ja que no pot proporcionar suficient corrent. Per tant s’ha d’incloure un accionador que proporcioni suficient energia per a accionar el motor.
Control: En robòtica apareix la necessitat de controlar el sentit de gir del motor i la velocitat de rotació.
- Sentit de gir: en un motor de DC s’aconsegueix invertint la polaritat de la tensió aplicada en borns
- Velocitat de gir: s’aconsegueix variant el valor mig de la tensió d’alimentació del motor. Per a variar la tensió es pot fer amb elements reguladors lineals o amb tècniques de modulació d’amplada de polsos (PWM)
Solucions adoptades per a la variació de velocitat
a. Alimentació a través d’un amplificador, tensió de control contínua
Inconvenients:
- La tensió de control ha d’ésser contínua de +Vcontrol a -Vcontrol
- Necessita dues tensions d’alimentació
El valor mig de la tensió lliurada al motor varia en funció del temps que l’interruptor es troba tancat i obert. Es varia el cicle de treball D.
Inconvenient:
- Permet només un únic sentit de gir
Com a interruptors el convertidors de potència (tot sistema que fa una conversió de l’energia) utilitzen semiconductors treballant en tall i saturació.
Exemple: Transistors bipolar o transistor MOSFET
Transistor bipolar. Circuit equivalent en tall i saturació
Inversió del sentit de gir i variació de la velocitat de rotació
Bateries
Les bateries són la solució adoptada per emmagatzemar energia en robòtica. Una bateria converteix energia química en energia elèctrica
Convertidors DC-DC
A vegades es necessari disposar en el robot de diferents tensions d’alimentació,
aquestes tensions es poden obtenir amb reguladors lineals o commutats
Els lineals tenen l’inconvenient de l’elevada dissipació de
potència i que només són capaços d’obtenir
tensions per sota la d’alimentació.
Exemple convertidor DC-DC reductor
Alguns circuits integrats d’interès
L293
MAX767
MAX724
MAX770
