Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace © 2011- Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2011/2012 Ta. 2.

Prezentace na téma: "Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace © 2011- Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2011/2012 Ta. 2."— Transkript prezentace:

1 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace © 2011- Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2011/2012 Ta. 2

2 Taktilní senzory pro automatizaci Čidla se změnou přechodu a odrazu světla U těchto čidel se využívá změna energie odrážené od reflexní vrstvy do snímacího vlákna s detektorem. Síla působí na část s reflexní vrstvou a mechanické vlastnosti senzoru jsou dány mechanickými vlastnost- mi deformovaného materiálu, např. pružinové oceli. Obdobně lze uspořádat reflexní čidlo - zdrojová i sní- mací vlákna jsou umístěna paralelně pod průsvitným elastomerem, který umí měnit své optické vlastnost. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

3 Čidla s optickými vlákny se vzájemnou optickou vazbou Na obou jeho vláknech v místě dotyku je odstraněn plášť - tím jsou odhalena jádra, která přicházejí do vzájemného kontaktu. Při vhodně navržených parametrech (délka styčné plochy vláken, úhel jejich křížení) ovlivňovaných pů- sobící silou, ovlivňuje se těsnosti vzájemné vazby, pak přechází úměrná část energie z prvního vlákna do druhého. Ke zdroji světla je připojeno první optic- ké vlákno a k detektoru druhé. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

4 Uspořádání optického taktilního čidla se změnou vazby (čidlo s deformačním členem) Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR s íla, teplota, …. deformační člen od zdroje světla k detektoru světla

5 Čidla se změnou útlumu Obsahují průsvitný člen vřazený do optického vlákna, který vlivem vnějšího prostředí mění své optické vlastnosti. Optické vlákno zde samo ovlivňováno není a je určeno jen k vedení světelné energie. Nejčastěji se používají k měření teploty, kdy optické vlastnosti průsvitného členu jsou závislé na teplotě. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

6 Uspořádání optického taktilního čidla se změnou útlumu (čidlo s deformačním členem) Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR od zdroje světla síla deformační člen k detektoru světla

7 U zdravotně postižených lidí lze taktilní údaje využívat jako dodatečný zdroj informace. Například existuje vibrační opasek pro zrakově pos- tižené nebo při pohybu v těžkém a nepřehledném terénu (prales, poušť,….) - je popsaný na webu http://www.mobiquitous.com/active-belt-e.html. Opasek je spojen s modulem GPS, na němž si uživatel nastaví polohu místa, kam směřuje. Směr, kterým se má ubírat, je určen vibracemi příslušného motoru z vibračních motorů umístěných na opasku. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

8 Je známo i mnoho dalších možností, např. speciální oblek pro piloty vojenských letadel informující pilota o různých stavech prostřednictvím vibrací http://www.namrl.navy.mil/TSAS/DEFAULT.HTM 93 Aerodynamická měření různých objektů, např. letadel nebo postoje lyžařů či cyklistů, kdy proudící vzduch vytváří tlak na povrch objektů, jenž je snímán právě taktilními snímači http://www.dactyl.com, http://www.pressureprofile.com). Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

9 Podobně představují příležitost pro aplikování taktil- ních čidel a snímačů jsou v kombinaci se speciál- ními konstrukcemi využívajícími, tzv. inteligentní (smart) textilie. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

10 V průmyslu se s taktilní informací pracuje nejdéle a nejčastěji v robotice. Proto se další informace o aplikacích dotýkají oblasti robotiky - tímto směrem se v současnosti upírá největší zájem. Úchopové prvky manipulátorů a robotů jsou jejich základní a nejdůležitějších částí. Zpočátku byly taktilní snímače používány jen k indi- kaci uchopení předmětu úchopnou hlavicí, později k řízení úchopu, měření prokluzu a popř. k přesnému nastavování polohy objektů. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

11 Některé z taktilních snímačů jsou vhodné jen pro úchopné hlavice robotů, některé lze použít též jako určitou náhradu lidského hmatu. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

12 Zdaleka však není uspokojivě vyřešen problém při nasazení v oblasti smykových senzorů, a to jak pro roboty, tak především pro náhradu hmatu. U aplikací použitelných přímo pro člověka, je zde navíc ještě problém s připojením k jeho nervovému systému. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

13 Podrobněji o využití taktilních zařízení v robotice. V blízké budoucnosti se očekává výrazné rozšíření servisních robotů, které mají poskytovat všestrannou pomoc a podporu lidem v nejrůznějších oblastech, např. v nebezpečných prostorech (chemicky či radioaktivně zamořených nebo jinak životu nebez- pečných prostředích), v krizových a různých havarij- ních situacích, při péči o nemocné a handicapované osoby, při rehabilitacích, dokonce i jako pomocníci v domácnosti. Aplikační oblast skutečně obrovská a široká. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

14 Aby se roboty mohly pohybovat v přirozeném prostředí vytvořeném pro člověka, musí být vybaveny dostatečně výkonným řídicím sys- témem s využitím umělé inteligence, učících se systémů, fuzzy a selské logiky (systémy vágního řízení vágně definovaných systémů), energeticky úspornými výkonovými prvky a systémy + výkonnými a přesnými čidly a snímači. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

15 V mnoha případech je nezbytná univerzální antropo- morfní úchopná hlavice. Hlavice mohou být tříprsté až pětiprsté, vybavené různými typy senzorů. Tříprstá antropomorfní úchopná hlavice (ruka) se senzory typu DLR vhodná k použití v průmyslu je popsána Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR http://www.dactyl.com/scratchpad/pps/tactileArraySensor.html

16 Dále je na http://robotics.eecs.berkeley.edu uveden popis čtyřprsté antropomorfní hlavice, jejíž poslední články jsou osazeny taktilními senzory DLR a každý kloub je opatřen senzorem momentu. Do ruky jsou spolu se senzory kompletně integrová- ny pohony a výkonová a komunikační elektronika. Ruka je aktivně ohebná a schopna činnosti v nezná- mém prostředí, včetně navazování kontaktu s lidmi. Při zkouškách se v praxi osvědčila robustní, stabilní a rychlá inteligentní úchopná hlavice, která dokáže mnoho – třeba přenést šálek kávy. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

17 Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR Antropomorfní čtyřprstá hlavice se senzory DLR v akci s míčkem

18 Vrchol využití umělé inteligence v robotice představuje měkký interaktivní lidský robot RI-MAN, vyvinutý v Rikenu, Bio-Mime- tic Control Research Centru v Japonsku http://www.technovelgy.com Robot má schopnost uvědomit si lidskou péči a plnit sociální úkoly a může se stát neocenitelným partnerským robotem. Komunikuje lidským hlasem, je opatřen čichovým orgánem a dvěma kamerami snímá okolní scénu, v níž se dokáže orien- tovat v reálném čase, reaguje na povely, jejichž význam si uvědomuje a analyzuje a podle nichž přizpůsobuje svou činnost. Povrch robota je měkký, příjemný na dotyk. Robot je vybaven taktilními senzory pro biologickou zpětnou vazbu. Je určen pro práci v nemocnicích, sociálních zaříze- ních, při manipulaci s pacienty a při ošetřování a obsluze. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

19 Taktilní údaje jako dodatečný zdroj informace – vyu- žití je např. u zdravotně postižených lidí --- existuje vibrační opasek pro zrakově postižené, http://www.mobiquitous.com/active-belt-e.html Opasek je spojen s modulem GPS, na němž si uži- vatel nastaví polohu místa, kam směřuje. Směr, kterým se má ubírat, je určen vibracemi pří- slušného motoru z malinkých vibračních motorků umístěných v opasku. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

20 Další z možností, jak využít taktilní informaci, je např. speciální oblek pro piloty vojenských letadel s obdobnou informací pro pilota pro-střednictvím vibrací http://www.namrl.navy.mil/TSAS/DEFAULT.HTM 93 Dalšími jsou aerodynamická měření různých objektů - letadel nebo postoje lyžařů či cyklistů, kdy proudící vzduch vytváří tlak na povrch objektů, jenž je sní- mán taktilními snímači http://www.dactyl.com http://www.pressureprofile.com Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR

21 Na základě informací z úrovně současného výzku- mu – a zejména aplikovaného vývoje – je zřejmé, že tato oblast má před sebou daleko větší část než za sebou – zejména v průniku s oblastí nanotech- nologiemi, kde nachází uplatnění jak při jejich vývoji a výrobě ale i při aplikaci nanotechnologií do svých vlastních vývojových záměrů ….. Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR Informace o taktilních snímačích vznikly na základě infromací v článku v časopise AUTOMA č. 8, rok 2008 Autor doc. Ing. Jaromír Volf, DrSc., FS ČVUT v Praze

22 A nakonec trochu odkazů do literatury: Taktilní snímače 2 2011/2012 TMaR TURÁN, J. – PETRÍK, S.: Optické vláknové senzory. ALFA, Bratislava, 1990, ISBN 80--05-00655-1. MST News: International newsletter on micronano integration, No. 2/05. VOLF, J. – VLČEK, J.: New Piezoelectric Tactile Sensors. In: XV. IMEKO World Kongres,. Osaka, 1999, pp. 35–40. LIU, H. – MEUSEL, P. – HIRZINGER, G.: A Tactile sensing for the DLR Three-Finger Robot Hand. In: ISMCR 2004, Houston, 2004. JOCKUSH, J. – WALTER, J. – RITTER, H.: Tactile Sensor System for a Three-Fingered Robot Manipulator. Department of Computer Science, University of Bielefeld, 1997. VOLF, J. et al.: Transducer for Pressure Distribution Measurement and its Practical Tests. In.: The 5th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics SCI 2001, Orlando, 2001, p. 575, ISBN 980- 07-7555-2. http://www.sensorprod.com

23 2011/2012 TMaR ……… Taktilní snímače 2 Ta. 2