DOCENTE : RODRIGO SALAS MOYANO - PARA MIS ALUMNOS

CLASE SEMANA 11 al 20 DE ABRIL.

Esencial para evaluación digital 25 %

MARCO TEÓRICO DE LOS SENSORES

SENSORES

Para conseguir que el vehículo tenga un funcionamiento óptimo y 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, magnetismo, 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.

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.
• 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.

SENSORES INTERNOS: La información que la unidad de control del VEHICULO puede obtener sobre el estado de su estructura mecánica es la relativa a su:

• Posición.
• Velocidad.
• Aceleración

SENSORES DE POSICIÓN:

• Análogicos: potenciómetros, Inductivos.
• Digitales: opticos (absolutos e incrementales).

POTENCIÓMETROS: Se usan para la determinación de desplazamiento lineal o angular.

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.

SENSORES DE VELOCIDAD:

- Una posibilidad es derivar la posición.

- Tacogenerador(tacómetro): proporciona una tensión proporcional a la velocidad de giro del eje. Utiliza un interruptor llamado "reed switch", que utiliza fuerzas magnéticas para activarse o no dependiendo si un objeto magnético se encuentra físicamente cercano al interruptor.

Se desea medir la velocidad de giro de una rueda dentada, se dispone de uno de los dientes magnetizados de forma que cada vez que éste diente pase junto al interruptor será accionado por la fuerza magnética. Así por cada vuelta descrita por la rueda, el interruptor se activa y en su salida se obtiene un pulso de corriente. Midiendo estos pulsos de corriente (número de vueltas) por unidad de tiempo => velocidad.

Ópticos: si se dispone de un detector que se active cuando se ha realizado un giro completo, se calcula la velocidad: el número de vueltas por unidad de tiempo.

SENSORES DE ACELERACIÓN.

- Una posibilidad es derivando la velocidad. - Utilizando un sensor de fuerza, si medimos la fuerza, y conocemos la masa se aplica el segundo principio de Newton y se calcula la aceleración: F= m*a.

Sensores Inductivos: Modificación de un campo magnético por presencia de objetos metálicos. Consiste en una bobina situada junto a un imán permanente. En condiciones estáticas no hay ningún movimiento en las líneas de flujo y no se induce ninguna corriente en la bobina. Cuando un objeto metálico penetra en el campo del imán o lo abandona, el cambio resultante en las líneas de flujo induce un impulso de corriente, cuya amplitud es proporcional a la velocidad del cambio del flujo. La forma de onda de la tensión a la salida de la bobina proporciona un medio para detectar la proximidad de un objeto.

Sensores de efecto Hall: Modificación de un campo magnético por presencia de objetos metálicos. El efecto Hall relaciona la tensión entre dos puntos de un material conductor o semiconductor con un campo magnético a través de un material. Detección por un sensor de efecto Hall en conjunción con un imán permanente.

En ausencia de material el sensor de efecto Hall detecta un campo magnético intenso. Cuando el material se aproxima al sensor el campo magnético se debilita en el sensor debido a la curvatura de las líneas de campo a través del material. El efecto Hall se basa en el principio de la fuerza de Lorentz que actúa sobre una partícula cargada que se desplaza a través de un campo magnético

El sensor se construye con un semiconductor, y la detección se realiza a través del potencial medido entre los extremos del material.

Sensores de Ultrasonidos: Modificación de la distancia de objetos mediante la detección de ecos de ultrasonidos. Las ondas ultrasónicas tienen la capacidad de que cuando viajan por un medio cualquiera son reflejadas si encuentran en su camino una discontinuidad o algún elemento extraño. La reflexión de la onda es debida a la diferencia de impedancias acústicas entre el medio y el objeto. El tiempo de espera entre el envío de la onda ultrasónica hasta su recepción se denomina tiempo de eco, y es utilizado para determinar la distancia al objeto.

El elemento básico es un transductor electroacústico, de tipo cerámico piezoeléctrico. La capa de resina protege al transductor contra la humedad, polvo y otros factores ambientales. Absorbedores acústicos, se utilizan para amortiguar rápidamente la energía acústica, para detectar objetos a pequeñas distancias, ya que el mismo transductor se utiliza como emisor y como receptor.