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SENSORES PARA LOCALIZAÇÃO RELATIVA Sistemas Robóticos Autônomos GUILHERME PEREIRA MARCHIORO BERTELLI ISAAC DIEGO TAVARES DE SOUZA RODRIGO JOSE ARAÚJO DAMASCENO UFRN – DCA – Novembro de 2013. 1 LOCALIZAÇÃO RELATIVA Baseada em um ponto de partida conhecido; À partir da posição inicial, as medidas são integradas de forma a se obter as variações na posição do veículo; Existem dois tipos principais de localização relativa: Odometria; Navegação inercial. 2 LOCALIZAÇÃO RELATIVA Odometria: Integração da medida de velocidade da roda do veículo ao longo do tempo; Ponto fraco: acúmulo de erros à medida que a velocidade é integrada; Dois erros atrelados: Erros sistemáticos; Erros não sistemáticos. 3 LOCALIZAÇÃO RELATIVA Navegação Inercial: Obtêm-se as medidas de aceleração e variação angular; Medidas providas pela IMU (Inercial Measurement unit); Uso do IMU para obtenção da posição relativa é barato e imune ao problema do deslizamento de rodas; Problema: acúmulo de erro causado pela integração das variáveis. 4 LOCALIZAÇÃO RELATIVA Os principais sensores utilizados para localização relativa, em sistemas autônomos, são: Encoders; Acelerômetros; Giroscópios; Magnetômetros. 5 ENCODER 6 ENCODER Tipo de transdutor de posição, capaz de converter movimentos lineares ou angulares em sinais elé- tricos, que podem ser transformados em informa- ções binárias para que possam ser trabalhadas por um computador com o objetivo de configurá- las em variáveis do tipo distância, posição, etc. 7 Princípio de funcionamento: Tipos de encoder: Regular; Regular Defasado; Absoluto. ENCODER 8 Regular Regular defasado Regular absoluto ENCODER 9 Encoders comumente utilizados: TK163 • Vcc: 5 ~ 24 V; • Corrente: 100 mA; • Range de temperatura: -10 ~ 70ºC; • Frequência de saída: até 150 kHz; • Preço: ~ US$79; TS40 • Vcc: 5 ~ 24 V; • Corrente: 100 mA; • Range de temperatura: -10 ~ 70ºC; • Frequência de saída: até 100 kHz; • Preço: ~ US$25; ENCODER Aplicações: Eixos de máquinas e robôs; Controle de velocidade; Medição de grandezas. 1 0 ACELERÔMETRO 1 1 ACELERÔMETRO 1 2 Mede a aceleração de um corpo em relação a gravidade; Tipos de acelerômetro: Acelerômetro piezoelétrico; Acelerômetro de capacitância. ACELERÔMETRO 1 3 Princípios de funcionamento: Piezoelétrico Capacitância ACELERÔMETRO 1 4 Acelerômetros comumente utilizados: MMA7361 • Aceleração máxima: 5000g; • Vcc: -0.3 ~ 3.6 V; • Corrente: 0,4 ~ 0,6 mA; • Range de temperatura: -40 ~ 125ºC; • Preço: ~ US$2,50; ADXL335 • Aceleração máxima: 3300g; • Vcc: 1.8 ~ 3.6 V; • Corrente: 0,35 mA; • Range de temperatura: -40 ~ 85ºC; • Preço: ~ US$2,50; LIS302DL • Aceleração máxima: 5000g; • Vcc: 2.16 ~ 3.6 V; • Corrente: 0,4 mA; • Range de temperatura: -40 ~ 85ºC; • Preço: ~ US$9; ACELERÔMETRO 1 5 Aplicações: Dispositivos móveis; Videogames; Proteger dados no HD; Sistemas autônomos. GIROSCÓPIO 1 6 GIROSCÓPIO 1 7 Dispositivo que mede a inclinação de um objeto em relação a um eixo definido; Princípio de funcionamento: Consiste de um rotor sus- penso por um suporte for- mado por dois círculos ar- ticulados, com juntas tipo cardan. GIROSCÓPIO 1 8 Giroscópios comumente utilizados: L3G4200D • Vcc: 2.4 ~ 3.6 V; • Corrente: 6.1 mA; • Range de temperatura: -40 ~ 85ºC; • Frequência de saída: até 400 kHz (I²C); • Preço: ~ US$15; ITG3200 • Vcc: 2.1 ~ 3.6 V; • Corrente: 6 mA; • Range de temperatura: -30 ~ 585ºC; • Frequência de saída: até 400 kHz (I²C); • Preço: ~ US$18; GIROSCÓPIO 1 9 Aplicações Sistemas de navegação inercial; Videogames; Piloto automático / horizonte artificial. MAGNETÔMETRO 2 0 MAGNETÔMETRO 2 1 Instrumento usado para medir a intensidade, direção e sentido de campos magnéticos em sua proximidade; Componentes de um magnetômetro: 1. Fonte de corrente; 2. Eletroímã; 3. Sensor de campo magnético; 4. Sistema para movimentação da amostra. Principais tipos de magnetrômetro: Magnetômetro de Amostra Vibrante (VSM); Magnetômetro SQUID; Magnetômetro Hall. 2 2 Princípios de funcionamento: VSM: SQUID: Hall: MAGNETÔMETRO MAGNETÔMETRO 2 3 Magnetômetros comumente utilizados: HMC5883L • Vcc: 2.16 ~ 3.6 V; • Corrente: 100 μA; • Range de temperatura: -30 ~ 85ºC; • Frequência de saída: até 400 kHz (I²C); • Preço: ~ US$4; ITG3200 • Vcc: 2.1 ~ 3.6 V; • Corrente: 110 μA; • Range de temperatura: -40 ~ 85ºC; • Frequência de saída: até 400 kHz (I²C); • Preço: ~ US$10; MAGNETÔMETRO 2 4 Aplicações: Detecção de metais; Magnetização; Localização. OUTROS DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS IMU6420 • Acelerômetro + Giroscópio + Magnetômetro; 2 5 MPU6050 • Acelerômetro + Giroscópio; 2 6 REFERÊNCIAS [1] COSTA, João H. R.; “Implementação de Fusão Sensorial para Localização de um Veículo Autônomo”, 2013. [2] BORENSTEIN, J; EVERETT, H. R.; FENG, L.; “Where am I? Sensors and Methods for Mobile Robots Positioning”, 1996. [3] EVERETT, H. R.; “Sensors for Mobile Robots: Theory and Application”, 1995. [4] SIEGWART, Roland; NOURBACKHSH, Illah; “Autonomous Mobile Robots”, MIT Press, 2004. [5] SAMPAIO, Gustavo Scalabrini; “Funcionalidades e Aplicações de Acelerômetros em Dispositivos Computacionais Embarcados”, 2012. [6] MIGUES, Altineu Pires; “Navegação Eletrônica e em Condições Especiais”, 2000.
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