Sensorik

Question 1

Welche KLassifikationen gibt es bei Sensoren (nennen sie jeweils 2 Beispiele)

Answer 1

• Passive Sensoren(messen Energie die von der Umwelt abgegeben wird):Licht, Temperatur
• Aktive Sensoren(Senden Energie aus und messen die Reflektion):Ultraschall, Laser
• Interne (propriozeptive)Sensoren (messen inneren Zustand des Roboters): Temperatur, Batterieladung
• Externe(exterozeptive) Sensoren(erfassen eigenschaften der Umwelt): Licht, Schall

Question 2

Nennen sie die Eigenschaften von Sensoren und erklären sie ihre Bedeutung.

Answer 2

-Empfindlichkeit: Zusammenhang zwischen Ausgangssignal und der gemessenen physikalischen Größe (Eingangssignal)
-Linearität: konstantz des Verhältnis zwischen Eingangs-und Ausgangssignal
-Messbereich: kleinste und größte zu messende Größe an
-Auflösung: kleinste einstellbare Schrittgröße am Eingangssignal
-Dynamik: Die Dynamik ist der Quotient der größten zur kleinsten Signalstärke und wird oft in dB angegebe
-Reaktionszeit: Wie schnell kommen Änderungen vom Eingangssignal am Ausgang an
-Genauigkeit: Relativer Fehler zum tatsächlichen Wert (𝑎𝑐𝑐=1−|𝑚−𝑣|/𝑣)
-Messfrequenz: Anzahl Messungen in einem bestimmten Zeitintervall
-Messfehler:
Differenz zwischen tatsächlichem Wert v und gemessenem Wert m (𝑒𝑟𝑟=𝑚−𝑣)
Systematische Messfehler–Deterministische Abweichung vom tatsächlichen Wert (z.B. Temperaturtrifft bei Ultraschallsensoren)
Zufällige Messfehler–Zufällige Streuung der Messungen

Question 3

Nennen sie zwei Arten der Bewegungsmessung und ihre Funktion

Answer 3

Absolutdrehgeber: Bitcodierte scheibe
Inkrementaldrehgeber:Lochscheibe zur Detektion der Achsbewegung

Question 4

Nennen sie 2 Arten der Beschleunigungsmessung und ihre Fuktion

Answer 4

Linearbeschleunigung:
Messung der Massenträgheit entlang einer Achse
Messverfahren MEMS -> Messungen sind Drift und Temperaturabhängig

Rotationsbeschleuigung:
Messung der Rotationsbeschleunigung um eine Achse
Weniger Drift als bei der Linearbeschleunigung aber auch Temperaturabhängig
Messverfahren:MEMS,Piezo-Elektrisch,Faseroptisch

Inertial Messeinheit(IMU):
Kombiniert Linear und Rotationsbeschleunigungssensoren
Meist 3 Linear und 3 Rotationssensoren um 6 DOF Pose zu bestimmen
Oft auch mit KOmpass um Absolute Nord

In der Robotik hauptsächlich MEMS MicroElectroMEchanical Systems

Question 5

Nennen sie zwei Arten der Ausrichtungsmessung und ihre Funktion

Answer 5

KOmpass
Empfindlich Gegenüber Störungen

Inklinometer(Neigungsmesser)
Messung der Lage im Raum
Selten verwendet in der RObotik

Question 6

Nennen sie Beispiele von Globaler Positionsbestimmung

Answer 6

-Globale navigationsstaellitensystem (GNSS)
Nur outdoor verwendbar
Probleme mit Abschattung Reflektion

GPS Amerikanisches System 24 Satellliten

Galileo Europäisches System
26 Sateliten

Differential GPS
Differenial zwischen Mehreren Empfänger

SSatellitenbasiertes Ergänzungssystem
Basisstationen empfangen GPS Signale und berechnen Korrekturdaten

Question 7

Nennen sie zwei Beispiele für Entfernungsmessung und ihre Beispiele

Answer 7

Infrarot
▪Aussenden von Infrarotlicht
▪Messung der Intensität des zurückgestrahlten Lichtes
▪Fehlerquelle sind unterschiedlich farbige Flächen (schwarz Flächen absorbieren Licht stärker als helle Flächen)
▪Eindimensionaler Sensor
▪Reichweite bis zu wenigen Metern
▪Besonders günstig

Ultraschall
▪Ausstoß eines kurzen Ultraschallimpuls
▪Messen der Zeit bis das Signal wieder am Sensor ankommt d = vt/2(bei 20°C für Schall v = 343m/s)
▪typische Frequenzen sind zwischen 40 und 180 kHz
▪Keulenförmige Ausbreitung
▪typische Reichweite zwischen 10cm und 5m

Question 8

Nennen sie zwei beispiele für 3 D Kameras und erkläre die funktion

Answer 8

Structured Light
▪Es wird ein (infrarot) Muster in die Scene projiziert▪Ein IR-Kamera erfasst diese Muster und errechnet daraus die Tiefeninformationen
▪Ein normale RGB Kamera erfasst ein Farbbild der selben Scene
▪Tiefen-und Farbinformation für jeden Pixel RGB-D
▪Typische Auflösung 640x480 bei 30Hz (Kinect)▪57°x 43°Field ofView FoV(Kinect)

Time of Flight (ToF)
▪Aussenden eines (infrarot) Lichtimpulses
▪Messen der Zeit bis das reflektierte Licht am CCD ankommt
▪im Gegensatz zu Laser keine Bewegten Teile▪komplette 3D Information
▪geringe Auflösung (z.B. SwissRanger3000176 ×144 Pixel)
▪Reichweite wenige Meter