[PDF] 02-Capteurs.pdf Elle se fera sentir quand

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Philippe Giguère

Capteurs

(Automne 2019)

Feuille de route

2 Pose X carte mplanification actionneurs capteurs

Commandes u

Mesures z

Capteurs

Repose sur un transducteur qui convertit une

grandeur physique Aen une autre B

Cette grandeur physique Best généralement

facile à mesurer (voltage, résistance, courant) 3 forceJauge de déformation résistance

électrique

AB

Catégories de capteurs

e.g. radar, laser, caméra avec flash, sonar caméra sans flash, microphone, etc. GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile4 interférence entre capteurs(e.g. plus de 2 Kinect?)énergivore (drone?)détectable par autrui aspects négatifs aspects positifs moins intrusifdifficile à détecterpossiblement moins énergivore aspects positifsaspects négatifs

Catégories de capteurs

5

ProprioceptifExtéroceptif

Cette différence est EXTRÊMEMENT importante

Imaginez devoir vous localiser si

vous êtes dans une boîte en carton parfaitement

Caractéristiquesdes capteurs

Sensibilité: (sortie) /(entrée)

Linéarité:

6 (pente) grandeur physique (e.g. distance) sortie du capteur(e.g . Volt) grandeur physique (e.g. distance)

Exception: réponse logarithmique

désirable pour certains capteurs (caméra, microphone)sortie du capteur(e.g . Volt)

Caractéristiquesdes capteurs

Plage dynamique:

différence entre min. et max. senti important pour des capteurs comme microphone et caméra

Temps réponse : temps requis pour changement

entre entrée et sortie (important pour véhicule routier) 7

HDRI simulé avec caméra

Oreille : facteur 10,000,000,000

Caméra CCD 16 bits : facteur 65,536

Caractéristiques des capteurs

Résolution : plus petit incrément observable (souvent dicté par le nombre de bits du convertisseur) Répétabilité: différence entre mesures consécutives (erreur aléatoire) Erreur systématique sys(se corrige via calibration) 8 zvraizvrai vs. zvrai mauvaise répétabilitébonne répétabilité sys§0syssys§0

Bande passante

Bande-passante : quantité information/sec

de quelques bits/secondes à Go/sec

Humain

peau : 1 000 000 bits/s oreille : 100 000 bits/s nez : 100 000 bits/s langue : 1 000 bits/s 9 Capacité consciente de traitement du cerveau : 50 bit/s

Capteurs : problèmes associés

Donne une information :

incomplète(perte de dimension) bas niveau(pas un numéro de local, mais un scan de la pièce) GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile10 perte de la 3D photo interrupteur sur pare-chocs (je ne pourrais pas

Capteurs : problèmes associés

Mesures bruitées : fluctuations aléatoires du signal Souvent modélisées par une distribution gaussienne (normale)

Qualité est souvent fonction du prix

GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile11 temps valeur réelle zvraimesures z zvrai randnpour matlab numpy.random.normalpour Python

Capteurs : problèmes associés

Pour beaucoup de méthodes (filtrage bayésien, à voir plus tard), il faut avoir un modèle du capteur Plus le modèle fcapteurcolle à la réalité, meilleure Hélas, impossible de tout modéliser la physique,

On approximeƒŽ‘"•ǥ

GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile12 ()capteurz mofnde

Inverse de la fonction capteur : fcapteur-1

3‹ Œǯƒ‹ un bon modèle , je

Problème de perception :

()capteurz mofnde1()capteuro e zfm nd réalité capteur reconstruction incomplète et erronée

Test de perception

Trouvez le truc de magie :

dos des cartes passent du bleu au rouge!

14"The amazingcolorchangingcardtrick» © Richard Wiseman

Test de perception

Victime du perceptualblindness

15"The amazingcolorchangingcardtrick» © Richard Wiseman

Problème bien posé : définition

(Hadamard) Un modèle mathématique des phénomènes physiquesdevrait avoir les propriétés suivantes :

1.Une solution existe

2.La solution est unique

3.La solution dépend de façon continue des données

(stable) Si on a les 3 critères, on a un problème bien posé

Est-...‡ “—‡ Žǯ‹˜‡"•‡ fcapteur-1 répond à ces critères?

tiré de

Wikipedia

fcapteur-1AEproblème mal posé

Puis-je retrouver la

droite qui passe par toutes les mesures?

1. La solution existe?

NON! de cette droite. fcapteur-1AEproblème mal posé

2. La solution est unique?

exemple A photo exemple B

Télémètre

infrarouge Sharp distance l voltage V z l1l2 (en fait, une infinité de solution ici)ou (fonction non- bijective)

Catalogue de capteurs

21

Convertisseur

Analogue-numérique

22

Convertisseur analogique ʹnumérique

Échantillonne un signal à intervalle régulier

ˆ"±“—‡...‡ †ǯ±...Šƒ-‹ŽŽ‘ƒ‰‡ ǣ fe(Hz)

résolution (bits) 8 bits = 256 niveaux Permettre à un ordinateur de "lire» le monde extérieur

Critère de Nyquist: fe> 2 fmax

GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile23

Convertisseur analogique ʹnumérique

GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile24

Convertisseurs sur Kobuki

4 entrées analogiques

0 V à 3.3 V

Résolution 12 bits

(4096 valeurs)

Fréquence

échantillonnage 50 Hz

GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile26 GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile27

Capteurs positions

Position Angulaire : Potentiomètre

Résistance électrique variable

Résistance RAC, RBCest fonction angle rotation

Capteur linéaire

Problème :

friction bruit si poussière usure GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile28 ABC si durée vie 1,000,000 cycles humain : 5,000 pas/jours donc 200 jours durée vie

Angle : Codeur optique incrémental

Encodeur incrémental

disque opaque avec fentes décompte des interruptions direction : paire émetteur-récepteur hors-phase encodage quadrature fréquence élevée : 100 kHz odométrie GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile29

émetteursrécepteurs

Angle : Codeur optique incrémental

Encodeur incrémental

disque opaque avec fentes décompte des interruptions direction : 2 paires émetteur-récepteur, hors-phase encodage quadrature fréquence élevée : 100 kHz placé sur axe de route : odométrie GLO-4001/7021 Introduction à la robotique mobile30

émetteursrécepteurs

t t

Décodeur quadrature pour encodeur optique

Matériel dédié pour compter montée/descente

Haute fréquence (>50 kHz) trop vite pour

interruptordinateur

Amonte avant B

incrémente

Bmonte avant A

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