Sensorarten: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 16. November 2005, 15:03 Uhr

Welche Sensorarten gibt es

Damit sich ein Roboter in seiner Umgebung bewegen kann, ohne an Hindernisse anzustoßen, und damit er ein Ziel finden und ansteuern kann, muß er irgendwie seine Umwelt "wahrnehmen". Hauptanwendung für diese Informationen aus der Umwelt ist die Navigation

Bumpers

Als Bumpers bezeichnet man eine Art Stoßstange, die einen Mikro-Switch auslöst.

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/microschalter.jpg

Die Auswertung erfolgt am besten digital an einem Pin mit Pull-up Widerstand. Man kann den Eingang pollen (abfragen), aber auch einen Interrupt auslösen lassen. -->

Whiskers (Fühler)

Das sind flexible Kunststoff-Streifen von ca. 10 cm Länge, eigentlich für Datenhandschuhe vorgesehen. Aber man kann sie auch als Fühler einsetzen, und daher auch für die Kollisions-Sensorik verwenden. Beim Verbiegen steigt der Widerstand an.

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Um zu messen, wird mit einem zweiten Widerstand ein Spannungsteiler aufgebaut, der dann mit einem Analog-Eingang einen Grad der Verbiegung erkennen läßt. -->

Incremental-Geber

Dienen zur Erfassung von Drehzahl bzw. der Messung von Wegstrecken

Drehgeber Sharp GP1A30

%center%http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gp1a30.jpg

Beim Sharp GP1A30 handelt es sich um eine Gabellichtschranke mit inkrementaler Drehgeberfunktion. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gabellichtschranken können mit dieser sowohl Drehzahl als auch Drehrichtung ermittelt werden. Notwendig sind dafür nur 2 digitale Ports. Verzichtet man auf die Auswertung der Drehrichtung, reicht nur ein Port. Der Sensor hat den Vorteil das die Signale bereits TTL kompatibel sind und direkt an ein Controllerboard angeschlossen werden können. Ein Beispielprogramm zu RN-Control findet man hier

http://www.roboternetz.de/phpBB2/dload.php?action=category&cat_id=30

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/GP1A30.gif

Die Auswertung inkrementaler Drehgeber ist recht einfach. Ein Ausgang liefert einen Impuls pro Markierung (Scheibe auf der Welle). Prüft man bei jedem Impuls (Flanke) noch gleichzeitig den aktuellen Pegel des zweiten Ausganges, so kann daraus die Drehrichtung abgeleitet werden.

Der Signalverlauf an den Sensorausgängen ist phasenversetzt:

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/inkremental1.gif

Optische Sensoren

Helligkeit

!!! Anwendung Die Hauptanwendung solcher Sensoren ist, den hellsten Fleck im Raum zu finden. Dies ist auch Teil vieler Roboterwettbewerbe. (Robo Callenge (2002 sic!), 'Ein Platz an der Sonne')

Solche Sensoren können einfache LDRs oder Photodioden bzw. Phototransistoren sein. LDRs haben den Vorteil, dass sie relativ hoch aussteuern, der große Nachteil ist aber, dass diese Sensoren ziemlich Wärmeempfindlich und etwas träge. Photodioden und Phototransistoren aheb den Vorteil, dass sie sehr genau sind, aber nicht besonders hoch aussteuern. Diese sollte man evtl. über einen OpAmp verstärken.

http://www.alscomposants.com/boutique/images_produits/vMPY7P510.jpg

Ein Typischer LDR, der LDR07

http://www.diotronic.com/images/productos/optoelectronica/bpw42.jpg

Der BPW42, ein typischer Phototransistor.

Dioden kenne ich jetzt keine in dem Farbbereich.

Die Suche nach dem Hellsten Fleck im raum ist wie ich finde ein gutes Einsteigerthema!

'-by tobimc-'

Distanzsensor IS471F

IS471F - Hindernisserkennung mit Infrarot Distanzsensor

Das hier vorgestellte IC IS471F erlaubt eine einfach und sogar recht preisgünstige Hinternisserkennung per Infarot. Dazu muß im wesentlichen nur noch eine Infrarot-Diode an das IC angeschlossen werden. Das modulierte Licht wird von einem Gegenstand direkt auf das IC zurückgeworfen und somit das Hinterniss erkannt. Tageslicht/Fremdlicht stört den IS471 überhaupt nicht, da das Licht mit einer bestimmten Frequenz moduliert wird.

http://www.roboternetz.de/bilder/IS471_grundschaltung.jpg

Der normale Schaltungsaufbau sieht also wie oben abgebildet aus! Das englische Datenblatt findet man im Roboternetz-Download-Bereich

Die normale Reichweite ist in gewissen Grenzen abhängig von der Farbe des Hinternisses. In der Regel reicht es jedoch durchaus einige cm so das langsame Roboter durchaus sehr gut damit zurecht kommen. Durch besonders helle Infrarot LED´s und durch zusätzlich LED-Fassungen kann man die Reichweite erhöhen. Wem das noch nicht reicht, der kann über einen zusätzlichen Transistor die Strahlungsleistung der LED noch weiter erhöhen.

http://www.roboternetz.de/bilder/IS471_IRSchalter.jpg

http://www.roboternetz.de/bilder/mehrereis471.gif

Sharp Infrarotsensoren

Sharp hat eine ganz interessante Serie von Bausteinen herausgebracht mit denen ein Roboter sogar recht genau Entfernungen messen kann. Durch ein spezielles Verfahren ist dies auch unabhängig von der Farbe und Helligkeit des Hindernisses. Da die Ansteuerung der Bausteine sehr einfach ist (oft können diese direkt an den Microcontroler Port angeschlossen werden), finden diese Bausteine sehr große Verbreitung unter den Roboter-Bastlern. Der einzige Nachteil, die Bausteine sind nicht ganz billig. Derzeit kosten diese ca. 13 bis 25 Euro !

http://www.roboternetz.de/bilder/gp2d12-nb.jpg

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gp2d12diagramm_b.gif

Einige der beliebtesten Bausteine sind:

Sharp GP2D12

Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt Dies ist der am häufigsten eingesetzte Sharp Typ bei mobilen Robotern.

Sharp GP2YA21YK

Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

Sharp GP2D120

Distanz 4 - 30 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

Sharp GP2Y0A02YK

Distanz 20 - 150 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

Sharp GP2D02

Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch 8 Bit Digitalausgang übermittelt

Sharp GP2D150

Distanz 3-30 cm - 1 Bit Schaltausgang

Oft werden selbst in kleinen Roboter-Projekten mehrere dieser Sensoren genutzt da die genannten Sensoren einen äußerst engen Erfassungsbereich haben. Sie eignen sich daher sehr gut zur Vermessung einer Umgebung, insbesondere dann wenn Sie drehbar auf einem Servo montiert werden. Als Kollisionsschutz sind sie wegen dem engen Winkel nur bedingt geeignet. Das Prinzip der Sensoren ist einfach. Die Entfernung wird bei dem Sharp Sensor durch den Winkel mit dem der Strahl auftrifft, bestimmt. Eine schöne Skizze dazu:

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gp2d12diagram_a.jpeg

Datenblätter zu den oberen Sensoren findet man im %target=_blank%Download-Bereich des Roboternetz.

Um die analogen Spannung der Sensoren in eine Entfernung umzurechnen, kann man sich mit Hilfe des Datenblattes oder einfacher Probemessungen Tabellen erstellen, welche dann vom Controller zur Umsetzung genutzt werden. Bequemer ist allerdings eine Näherungsformel:

Formel zur Entfernungsberechnung

D = A/(X-B) 

D ist die Entfernung 
X ist der Ausgabewert des Sensors 
A ist die Steigung der Kurve A/X 
B ist der Offset der Kurve 

Die Konstanten A und B ermittelt man am besten über zwei Probemessungen:

D und X sind die Entfernung und der Ausgabewert der ersten Messung (z.B. bei 20 cm) D' und X' sind die Entfernung und der Ausgabewert der zweiten Messung (z.B. bei 60 cm)

A = ((X' - X) * D' * D) /(D - D' ) 
B = (D' * X' - D * X) /(D' - D) 

GP2D12 Messkurve

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gpd12kurve.gif

GPD120 Messkurve

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gpd120kurve.gif

Ultraschall Sensoren

Ultraschallsensoren SRF04 und SRF08

SRF08 Programmbeispiel

Kompaß

Kompaß-Modul CMPS03

Beschleunigung

Temperatur

Temperatur-Sensor LM75 Programm Beispiel

Weitere Sensoren