Назовите движущее использование датчиков для роботов. Приведите примеры применения этих датчиков.

Робот принимает информацию от внешней среды через датчики. По аналогии с живым организмом — это органы чувств. По аналогии с персональным компьютером — устройства ввода. Выбор датчиков для использования при разработке робота отдельный этап. Расскажу кратко о их типах и предназначении в этой статье.

Датчики соударений. Представляет из себя в основном простые кнопки на размыкание\замыкание. Очень простая реализация и легкость подключения данного типа датчика, доступны начинающим разработчикам. При использовании с микроконтроллерами требует обработки с задержкой, для фильтрации эффекта дребезга контактов(описать отдельно).
Датчики наклона. Используется в роботах, где соответственно нужно контролировать наклон, для поддержания равновесия и во избежание переворота модели на не ровной поверхности(например горы). Существуют как с аналоговыми, так и с цифровыми интерфейсами.
Оптические датчики. В этом типе датчиков используется физические свойства полупроводника при световом влиянии. Фоторезистор меняет сопротивление, имеем результат степени освещенности. Фотодиод в отличии от фоторезистора имеет более быстрое время срабатывания. Датчик отражения(излучатель и приемник) позволяет определять белые или черные участки на поверхности, что позволяет ему двигаться по нарисованной линии или определить близость препятствия. Сюда входят пироэлектрические датчики, которые позволяют обнаружить и измерить тепло исходящие от огня, человека или животных, благодаря инфракрасному излучению.
Видеокамеры. Этот тип датчиков на сегодняшний очень хорошо начинает использоваться благодаря росту технологий в сфере обработки изображений. Можно было добавить их к оптическим датчикам, но я посчитал это отдельным типом из-за сложности и богатства возможностей. Это настоящие глаза робота. Применений ему достаточно: системы авторизации, распознавания образов, обнаружения движения и т.п.
Звуковые датчики. Это и распознавание речи(полу-решенная задача на сегодняшний день, требуется значимые ресурсы для обработки и анализа) или просто частот звука(хлопок, свист). При высокой частоте звука высока точность определения направления на его источник. Также при использовании ультразвуковых датчиков возможно измерить расстояния до препятствия от нескольких сантиметров до 11 метров.
Датчики положения. К датчикам положения относятся GPS(система глобального позиционирования), ориентиры(исполняют роль маяка), гироскопы(определение угла вращения).
Электромагнитные датчики. Всем известный геркон простейший пример такого типа датчика. Также для измерения магнитной силы используется эффект Холла.

Такие, датчики как температуры, давления, тока, напряжения были даже не затронуты. Например, датчик температуры можно использовать для контроля за температурой движущихся частей или полупроводниковых компонентов, требуемых принудительного охлаждения.

7/. SLAM (Одновременная локализация и составлению карт) является решением так называемой задачи курицы и яйца. Кратко опишите эту задачу?

Все стратегии локализации, которые мы обсуждали требуют человеческих усилий, чтобы установить робота в пространство. Искусственные экологические изменения могут быть необходимы. Даже если это не будет так, карта окружающей среды должны быть созданы для робота. Но робот, который локализуется успешно имеет правильные датчики для обнаружения окружающей среды, и поэтому робот должен построить его собственную карту. Это стремление идет к сердцу автономных мобильных роботов. В прозе, мы может выразить конечной целью, как следует:

С произвольной начальной точки, мобильный робот должен быть способен автономно исследовать окружающую среду своими бортовыми датчиками, получить знания об этом, интерпретировать Сцена, построить соответствующую карту, и локализовать сам по отношению к этой карте.

Выполнение этой цели решительно, вероятно, лет прочь, но важным является подцель изобретение методов автономной создания и модификации экологической карта. Конечно датчики мобильный робот имеют лишь ограниченный круг, и поэтому он должен физически исследовать свое окружение, чтобы построить такую ​​карту. Таким образом, робот должен не только создать карту, но он должен делать это во время движения и локализации для изучения окружающей среды. В сообществе робототехники, это часто называется одновременное локализации и отображение (SLAM) проблема, возможно, самый трудный проблема в конкретных мобильных робототехнических систем.

Причина того, что SLAM трудно рождается именно от взаимодействия между Положение робота обновляет как это локализует и его отображение действия. Если мобильный робот обновлений его позиция на основе наблюдения с неточно известной особенностью, в результате позиция оценка становится коррелирует с оценкой особенность местонахождения. Аналогичным образом, карта становится коррелирует с оценкой позиции, если наблюдение взяты из известных неточно положение используется, чтобы обновить или добавить функцию к карте. Общая проблема карте потенциала

Таким образом, пример проблема курицы и яйца. Для локализации робот должен знать, где функции, тогда как для строительства карту-робота нужно знать, где это на карте.

Единственный путь к полному и оптимального решения этой проблемы является совместной рассмотреть все корреляции между оценкой положения и оценки функция местонахождения. Такое crosscorrelated карты называются стохастические карты, и мы начинаем с обсуждения теории за этого подхода в следующем разделе [55].

К сожалению, реализации такого оптимальное решение вычислительно непомерно. В Ответа ряд исследователей предложили другие решения, которые функционировали также в ограниченные обстоятельства. Раздел 5.8.2 характеризует эти альтернативные частные решения.

8. Ультразвуковой датчик. Что он измеряет? Как он измеряет? Опишите о датчике и его плюсах и минусах.

Сенсорное устройство, преобразующее электрическую энергию в ультразвуковые волны (механические вибрации с частотой свыше 20 кГц), называется ультразвуковым датчиком. Принцип работы ультразвукового датчика похож на радар и оценивает наличие цели на основе интерпретации отраженного от нее сигнала. Принимая скорость звука за постоянную величину, с помощью ультразвукового датчика определяется и расстояние до объекта, которое соответствует интервалу времени между отправкой сигнала и возвращением его эха.

Ультразвуковой датчик имеет ряд особенностей, определяющий область применения данного устройства. Среди них выраженная направленность сигналов, небольшая дальность действия, невысокая скорость распространения волн. Основное преимущество ультразвуковых датчиков – сравнительно низкая цена. В автомобилях ультразвуковые датчики используются в различных парковочных системах:парктронике, системе автоматической парковки. Ультразвуковые датчики с увеличенной дальностью действия применяются в ряде конструкций системы помощи при перестроении для контроля за «слепыми» зонами. Ультразвуковые датчики находят применение в разрабатываемых системах автоматического управления автомобилем.

Основу ультразвукового датчика составляет преобразователь, объединяющий активный элемент и диафрагму. Преобразователь работает как передатчик и как приемник. Активный элемент генерирует короткий импульс и принимает его эхо от препятствия. Он изготавливается из пьезоэлектрического материала. Алюминиевая диафрагма является контактной поверхностью датчика и определяет его акустические характеристики. Преобразователь имеет упругое основание, поглощающее вибрации. Все элементы ультразвукового датчика помещены в пластмассовый корпус с разъемом для подключения.

При получении внешнего сигнала активный элемент заставляет вибрировать диафрагму, которая посылает ультразвуковые импульсы в пространство. При встрече с препятствием импульсы отражаются, возвращаются к преобразователю и создают вибрации активного элемента, с которого снимается электрический сигнал.

Основными техническими характеристиками ультразвукового датчика являются дальность обнаружения препятствия, частота сигнала, быстродействие (скорость определения препятствия). Современные парковочные датчики имеют дальность обнаружения до 2,5 м, частоту сигнала 40 кГц и быстродействие порядка 0,1 с. Ультразвуковые датчики в системе автоматической парковки, системе помощи при перестроении имеют дальность действия до 4,5 м.

Производители не указывают значение такого важного показателя как угол обзора. В ультразвуковом датчике угол обзора определяется частотой импульсов, а также размером и формой преобразователя. При этом, чем выше частота импульса, тем уже угол обзора датчика. Ультразвуковой датчик с частотой импульсов 40 кГц имеет достаточно большой угол обзора. Фокусировка парковочного датчика построена таким образом, что угол обзора по горизонтали больше угла обзора по вертикали. Это позволяет избежать ненужных отражений сигнала от поверхности земли.

Несмотря на неоспоримые преимущества, ультразвуковой датчик парковки имеет серьезные функциональные ограничения. Работоспособность датчика и соответственно точность показаний снижаются в плохих погодных условиях (дождь, снег, лед) и при загрязнении. Сенсор может пропустить мелкие предметы (стойки ограждения), поверхности, имеющие низкую отражающую способность.

 

9/29 Вы строите мобильного робота, и вы хотите, чтобы убедиться, что вы выбираете энкодер для него, что является достаточно точным, чтобы позволить вам определить, когда платформа переместилась 0,1мм. Колеса платформы имеет радиус на 100 мм без нагрузки. шестерня коробка между двигателем и колесом составляет 1:20. Нагрузка платформы сжимает колеса на 10%. Какое разрешение нужно для энкодера и где вы приложите его.

19Предположим, что у вас есть автомобиль с управлением приводом по проводам, так что вы можете легко подключить компьютер для управления движением автомобиля. Теперь предположим, что вы хотите чтобы автомобиль был в состоянии следовать по шоссе и оставаться на одной дорожке. Опишите какие датчики вы будете использовать и почему?

20 Предположим, что у вас есть автомобиль с управлением приводом по проводам, так что вы можете легко подключить компьютер для управления движением автомобиля. Теперь предположим, что вы хотите чтобы автомобиль был в состоянии следовать по шоссе и оставаться на одной полосе. Опишите наибольшие трудности работы этой системы в реальности?

В приводной арматуре  управление затвором осуществляют посредством привода (механического, электрического, гидравлического и др.), который может иметь дистанционное управление.

Передний привод — наиболее распространенный тип привода на легковых автомобилях по всему миру. Не зря говорят: "если бы передний привод был придуман раньше заднего, то о последнем вообще никто не узнал бы". Действительно, передний привод имеет множество преимуществ перед задним приводом, хотя существуют и недостатки, которые могут принести сюрпризы как зимой так и летом. Предлагаю вашему вниманию свои тезисы и советы относительно особенностей управления передним приводом зимой.

Передний привод на скользкой поверхности лучше держит траекторию, а также позволяет достаточно неплохо маневрировать, особенно когда на авто качественная зимняя резина. Авто практически всегда послушное, и провоцирует на повышение скорости, проявления резкого управления и торможения, вот здесь и подстерегает опасность всех владельцев авто с передним приводом. Передний привод зимой может преподнести множество сюрпризов, и если сравнивать его с задним приводом и полным приводом, то передний привод имеет больше сюрпризов чем задний. Сейчас на меня обвалится масса недовольства, как полной и передний привод лучше заднего. При заносе на переднем приводе нужно лишь прибавить газу и все, — НЕТ, не все так просто. И если говорить о том что лучше, то сложно дать однозначный ответ, ведь на переднем приводе сложнее попасть в неконтролируемый занос колес, но если попал то и выйти из такого заноса сложнее.

Занос задних колес и траектории движения авто зимой.

Ситуация привычная для заднего привода, а вот для переднего привода это явление не такое уж распространенное. Самый простой способ вызвать занос задней оси — затянуть ручник. Конечно, ни один адекватный водитель не будет это делать на трассе или в населенном пункте.

К другим более реальным зачинщикам заноса задней оси на переднем приводе можно отнести:

резкое торможение (как тормозом так и двигателем), особенно когда спереди резина лучше, чем сзади;
резкое движение рулем;
вход в поворот на гораздо более высокой скорости чем это позволяет дорожное покрытие;
торможение на выкрученных в бок колесах или в повороте;
наезд одним из задних колес на препятствие;
движение с высокой скоростью по неоднородной поверхности (с одной стороны лед с другой рыхлый снег);
при движении с горы в низ, особенно на крутых склонах;
при пересечении путей или снежной каши (когда идешь на обгон например).
Конечно, это не полный список, когда зимой на переднем приводе возможен занос задней оси и этот перечень можно дополнять и дополнять. Давайте лучше разберемся как бороться с таким явлением.

ЗАПОМНИТЕ, если ваше авто с передним приводом стало уходить в занос задней частью — ЗАПРЕЩЕНО сбрасывать газ и тормозить!

Это кстати ответ на вопрос: "почему передним приводом хуже выходить из заноса, чем задним?", — Потому что нужно преодолеть инстинкт самосохранения и не отпускать газ, и большинству водителей свой ​​страх довольно трудно преодолеть. Для того, чтобы выйти из заднего заноса на переднем приводе нужно слегка повернуть руль в сторону заноса (если задняя ось идет вправо, то и руль нужно поворачивать вправо). Также, будьте готовы к тому, что вам сразу потребуется ровнять колеса, или даже крутить в другую сторону. Если этого не сделать, то ваше авто пойдет в новый задний занос в противоположную сторону, и выйти из второго заноса будет значительно сложнее, так как он может оказаться слишком крутым и вас просто развернет на 180 °. Если вас занесло на 180 ° и авто продолжает движение нужно тормозить, или пробовать перейти на низшую передачу и давить "с умом" на газ.

Занос передних колес на переднем приводе довольно распространенное явление, если хотите ощутить его в полной мере, попробуйте на скользкой поверхности тронуться с места с перегазовкой и не сбрасывая газ вывернуть колеса до отказа, в 90% из 100% ваше авто не захочет возвращать в заданном направлении а будет продолжать ехать прямо.

Чтобы выйти из заноса ведущей оси на переднем приводе нужно сбросить газ до того момента пока колеса не перестанут пробуксовывать и только тогда пробовать рулем направлять авто в нужном направлении. Если во время сноса передней оси ведущие колеса не пробуксовывают, то необходимо пробовать слегка поворачивать руль в заданную сторону и частично добавлять газа, но это все нужно делать очень быстро, чтобы не получить неконтролируемый занос обеих осей авто.