Seminário 2 - SENSORES PARA LOCALIZAÇÃO RELATIVA

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SENSORES PARA 
LOCALIZAÇÃO 
RELATIVA 
Sistemas Robóticos Autônomos 
 
GUILHERME PEREIRA MARCHIORO BERTELLI 
ISAAC DIEGO TAVARES DE SOUZA 
RODRIGO JOSE ARAÚJO DAMASCENO 
UFRN – DCA – Novembro de 2013. 1
 
LOCALIZAÇÃO RELATIVA 
 Baseada em um ponto de partida conhecido; 
 
 À partir da posição inicial, as medidas são integradas de 
forma a se obter as variações na posição do veículo; 
 
 Existem dois tipos principais de localização relativa: 
 Odometria; 
 Navegação inercial. 
2
 
LOCALIZAÇÃO RELATIVA 
Odometria: 
 Integração da medida de velocidade da roda do veículo ao 
longo do tempo; 
 
 Ponto fraco: acúmulo de erros à medida que a velocidade 
é integrada; 
 
 Dois erros atrelados: 
 Erros sistemáticos; 
 Erros não sistemáticos. 
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LOCALIZAÇÃO RELATIVA 
Navegação Inercial: 
 Obtêm-se as medidas de aceleração e variação angular; 
 
 Medidas providas pela IMU (Inercial Measurement unit); 
 
 Uso do IMU para obtenção da posição relativa é barato e 
imune ao problema do deslizamento de rodas; 
 
 Problema: acúmulo de erro causado pela integração das 
variáveis. 
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LOCALIZAÇÃO RELATIVA 
 Os principais sensores utilizados para localização relativa, 
em sistemas autônomos, são: 
 
 Encoders; 
 Acelerômetros; 
 Giroscópios; 
 Magnetômetros. 
5
 
ENCODER 
6
 
ENCODER 
 Tipo de transdutor de posição, capaz de converter 
movimentos lineares ou angulares em sinais elé- 
tricos, que podem ser transformados em informa- 
ções binárias para que possam ser trabalhadas 
por um computador com o objetivo de configurá-
las em variáveis do tipo distância, posição, etc. 
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Princípio de funcionamento: 
Tipos de encoder: 
 
 Regular; 
 Regular Defasado; 
 Absoluto. 
ENCODER 
8
 
Regular Regular defasado 
Regular absoluto 
ENCODER 
9
 
 Encoders comumente utilizados: 
 TK163 
• Vcc: 5 ~ 24 V; 
• Corrente: 100 mA; 
• Range de temperatura: -10 ~ 70ºC; 
• Frequência de saída: até 150 kHz; 
• Preço: ~ US$79; 
 
 
 
 TS40 
• Vcc: 5 ~ 24 V; 
• Corrente: 100 mA; 
• Range de temperatura: -10 ~ 70ºC; 
• Frequência de saída: até 100 kHz; 
• Preço: ~ US$25; 
 
 
 
ENCODER 
 Aplicações: 
 Eixos de máquinas e robôs; 
 Controle de velocidade; 
 Medição de grandezas. 
1
0
 
ACELERÔMETRO 
1
1
 
ACELERÔMETRO 
1
2
 
 Mede a aceleração de um corpo em relação a gravidade; 
 
 Tipos de acelerômetro: 
 Acelerômetro piezoelétrico; 
 Acelerômetro de capacitância. 
 
 
 
ACELERÔMETRO 
1
3
 
Princípios de funcionamento: 
 
 
 Piezoelétrico Capacitância 
ACELERÔMETRO 
1
4
 
 Acelerômetros comumente utilizados: 
 MMA7361 
• Aceleração máxima: 5000g; 
• Vcc: -0.3 ~ 3.6 V; 
• Corrente: 0,4 ~ 0,6 mA; 
• Range de temperatura: -40 ~ 125ºC; 
• Preço: ~ US$2,50; 
 
 
 
 ADXL335 
• Aceleração máxima: 3300g; 
• Vcc: 1.8 ~ 3.6 V; 
• Corrente: 0,35 mA; 
• Range de temperatura: -40 ~ 85ºC; 
• Preço: ~ US$2,50; 
 
 
  LIS302DL 
• Aceleração máxima: 5000g; 
• Vcc: 2.16 ~ 3.6 V; 
• Corrente: 0,4 mA; 
• Range de temperatura: -40 ~ 85ºC; 
• Preço: ~ US$9; 
 
 
 
ACELERÔMETRO 
1
5
 
 Aplicações: 
 Dispositivos móveis; 
 Videogames; 
 Proteger dados no HD; 
 Sistemas autônomos. 
 
GIROSCÓPIO 
1
6
 
GIROSCÓPIO 
1
7
 
 Dispositivo que mede a 
inclinação de um objeto 
em relação a um eixo 
definido; 
 
 
 
 
Princípio de funcionamento: 
 Consiste de um rotor sus- 
penso por um suporte for- 
mado por dois círculos ar- 
ticulados, com juntas tipo 
cardan. 
 
 
 
GIROSCÓPIO 
1
8
 
 Giroscópios comumente utilizados: 
 L3G4200D 
• Vcc: 2.4 ~ 3.6 V; 
• Corrente: 6.1 mA; 
• Range de temperatura: -40 ~ 85ºC; 
• Frequência de saída: até 400 kHz (I²C); 
• Preço: ~ US$15; 
 
 
 
 ITG3200 
• Vcc: 2.1 ~ 3.6 V; 
• Corrente: 6 mA; 
• Range de temperatura: -30 ~ 585ºC; 
• Frequência de saída: até 400 kHz (I²C); 
• Preço: ~ US$18; 
 
 
 
GIROSCÓPIO 
1
9
 
 Aplicações 
 Sistemas de navegação inercial; 
 Videogames; 
 Piloto automático / horizonte artificial. 
 
MAGNETÔMETRO 
2
0
 
MAGNETÔMETRO 
2
1
 
 Instrumento usado para medir a intensidade, direção e 
sentido de campos magnéticos em sua proximidade; 
 
 Componentes de um magnetômetro: 
1. Fonte de corrente; 
2. Eletroímã; 
3. Sensor de campo magnético; 
4. Sistema para movimentação da amostra. 
 
 Principais tipos de magnetrômetro: 
 Magnetômetro de Amostra Vibrante (VSM); 
 Magnetômetro SQUID; 
 Magnetômetro Hall. 
 
2
2
 
 Princípios de funcionamento: 
 
 
VSM: 
SQUID: 
Hall: MAGNETÔMETRO 
MAGNETÔMETRO 
2
3
 
 Magnetômetros comumente utilizados: 
 HMC5883L 
• Vcc: 2.16 ~ 3.6 V; 
• Corrente: 100 μA; 
• Range de temperatura: -30 ~ 85ºC; 
• Frequência de saída: até 400 kHz (I²C); 
• Preço: ~ US$4; 
 
 
 
 ITG3200 
• Vcc: 2.1 ~ 3.6 V; 
• Corrente: 110 μA; 
• Range de temperatura: -40 ~ 85ºC; 
• Frequência de saída: até 400 kHz (I²C); 
• Preço: ~ US$10; 
 
 
 
MAGNETÔMETRO 
2
4
 
 Aplicações: 
 Detecção de metais; 
 Magnetização; 
 Localização. 
 
 
 
OUTROS DISPOSITIVOS 
ELETRÔNICOS 
 IMU6420 
• Acelerômetro + Giroscópio + 
Magnetômetro; 
2
5
 
 MPU6050 
• Acelerômetro + Giroscópio; 
2
6
 
REFERÊNCIAS 
[1] COSTA, João H. R.; “Implementação de Fusão Sensorial 
para Localização de um Veículo Autônomo”, 2013. 
 
[2] BORENSTEIN, J; EVERETT, H. R.; FENG, L.; “Where am I? 
Sensors and Methods for Mobile Robots Positioning”, 1996. 
 
[3] EVERETT, H. R.; “Sensors for Mobile Robots: Theory and 
Application”, 1995. 
 
[4] SIEGWART, Roland; NOURBACKHSH, Illah; “Autonomous Mobile 
Robots”, MIT Press, 2004. 
 
[5] SAMPAIO, Gustavo Scalabrini; “Funcionalidades e Aplicações de 
Acelerômetros em Dispositivos Computacionais Embarcados”, 2012. 
 
[6] MIGUES, Altineu Pires; “Navegação Eletrônica e em Condições 
Especiais”, 2000.