5.1: Sensores Robóticos

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El desarrollo de sensores es impulsado clásicamente por industrias distintas a la robótica. Estos incluyen submarinos, puertas de apertura automática, dispositivos de seguridad para la industria, servos para juguetes a control remoto, y más recientemente el teléfono celular, automóviles y consolas de juegos. Estas industrias son las principales responsables de hacer que los sensores “exóticos” estén disponibles a bajo costo mediante la identificación de aplicaciones de mercado masivo, por ejemplo, acelerómetros y giroscopios que ahora se utilizan en teléfonos inteligentes del mercado masivo o el sensor de profundidad 3D “Kinect” como parte de su consola de juegos XBox.

Consulta

Recapitula los sensores con los que interactúas a diario. ¿Qué sensores tienes en tu teléfono, en tu casa y cocina, o en tu auto?

Como veremos más adelante, los sensores son difíciles de clasificar por su aplicación. De hecho, la mayoría de los problemas se benefician de todas las fuentes de información posibles que pueden obtener. Por ejemplo, la localización se puede lograr contando los incrementos del codificador, pero también midiendo la aceleración, o usando la visión. Todos estos enfoques difieren drásticamente en su precisión y el tipo de datos que proporcionan, pero ninguno de ellos es capaz de resolver completamente el problema de localización por sí solo. Por lo tanto, este capítulo está organizado por las cantidades físicas (y sus derivados), un sensor está midiendo, en lugar de las estimaciones de estado de nivel superior a las que puede contribuir.

Consulta

Piensa en el tipo de datos que podrías obtener de un codificador, un acelerómetro o un sensor de visión en un robot no holonómico. ¿Cuáles son las diferencias fundamentales?

Aunque un codificador es capaz de medir la posición, se utiliza en esta función solo en brazos robóticos. Si el robot no es holonómico, los recorridos cerrados en su espacio de configuración, es decir, los movimientos del robot que devuelven los valores del codificador a su posición inicial, no necesariamente conducen al robot de regreso a su punto de partida. En esos robots, los codificadores son, por lo tanto, principalmente útiles para medir la velocidad. Un acelerómetro en cambio, por definición, mide la derivada de la velocidad. La visión, por último, permite calcular la posición absoluta (o la integral de la velocidad) si el entorno está equipado con características únicas. Una diferencia fundamental adicional entre esos tres sensores es la cantidad y el tipo de datos que proporcionan. Un acelerómetro muestra cantidades de valor real que se digitalizan con cierta precisión. En cambio, un odómetro entrega valores discretos que corresponden a incrementos del codificador. Finalmente, un sensor de visión entrega una matriz de cantidades digitalizadas de valor real (concretamente colores). Aunque el contenido de información de este sensor supera con diferencia al de los otros sensores, la selección de la información que es realmente útil sigue siendo un problema difícil, y en gran parte sin resolver.

Figura\(\PageIndex{1}\): De izquierda a derecha: patrón de codificador utilizado en un codificador de cuadratura, señal de sensor resultante (movimiento hacia adelante), patrón de codificador absoluto (codificación gris).