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Robotica - Robot Industriali e di Servizio 2011-2012

27 aprile 2012

Lezione 18 Sonar e laser range scanner

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Robotica – Robot Industriali e di Servizio

Lezione 18: Sonar, e laser range scanner

27 aprile 2012

Sensori a tempo di volo

 Misurano il tempo necessario a un determinato gruppo di onde per raggiungere un bersaglio e tornare indietro

 Onde usate:   Acustiche   Luminose

 Come:   A impulsi (pacchetti)   Modulate

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Lezione 18 Sonar e laser range scanner

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Sensori acustici (sonar)  Nati per uso subacqueo  Funzionano anche nell’aria  Velocità del suono nell’aria: ~340 m/s = 340mm/ms  Distanza di 1m: quasi 6 ms perché il suono deve andare e tornare

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Un esempio “amatoriale”

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Un esempio industriale

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Il sonar della Polaroid

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Il trasduttore del sonar (in trasmissione)

 Si tratta di un trasduttore capacitivo  Sfrutta la forza che si esercita fra le armature di un

condensatore  F=K Q1Q2/d2  Deve essere caricato

a ~140V

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Il trasduttore del sonar (in ricezione)

 Si tratta di un trasduttore capacitivo  Sfrutta la variazione di f.e.m. che si verifica fra le

armature di un condensatore variando la distanza fra le armature:

 Deve essere caricato a ~140V

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C =QV

C = εAd

V =QdεA

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Uso del meccanismo

 Emettere un “chirp”  Frequenza: intorno a 50 KHz  Intensità: molto forte  Ascoltare  Amplificare e filtrare  Integrare e confrontare con una soglia

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Sorgenti di errore

 Temperatura   v = 331 m/s + (0.6 m/s/C)*T   La velocità del suono nell'aria secca, alla temperatura

di 0°C, è di 331,6 m/s, ma aumenta al crescere della temperatura; a 20 °C, ad esempio, raggiunge il valore di 344 m/s. Essa, infatti, risulta proporzionale alla radice quadrata del rapporto tra pressione e densità: poiché al crescere della temperatura la densità diminuisce, la velocità, che è inversamente proporzionale alla radice di quest’ultima grandezza, aumenta.

 Pressione  Umidità  Percentuale di CO2

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Altri errori:

 Le onde che incidono su una superficie vengono:   Assorbite   Diffuse   Riflesse

 Il rapporto tra le tre frazioni dipende da:   Natura del materiale - frequenza del segnale   Scabrosità del materiale   Angolo di incidenza

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Altri errori:

 Eco non rilevata:   Oggetto troppo piccolo   Oggetto troppo assorbente   Angolo di incidenza troppo piccolo

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Le caratteristiche del trasduttore

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La conseguenza fondamentale:

 Il sonar non misura la distanza dell’oggetto verso cui è puntato

 Il sonar misura la distanza dell’oggetto più vicino all’interno di un angolo solido di circa 30°

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Risultati pratici:

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Un’altra conseguenza della scarsa direzionalità

 Possibilità di scambiare un’eco altrui per il proprio (eco)

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Sensori ottici a tempo di volo

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Un esempio commerciale:

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Il sensore SICK PLS (Proximity Laser Scanner)

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Sensore TOF usato come scanner:

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I risultati:

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Le mappe di orizzonte

 Ottenute effettuando letture successive in direzioni diverse

 Mostrano SOLO ciò che può essere visto dal punto di osservazione!

 Sono basate sui dati (erronei) del sensore.

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Simuliamo un sonar panoramico:

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Le mappe di occupazione (occupancy maps)

 Proviamo a costruirne una

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