2 Senzori Blizine i Taktilni Senzori Robota

SENZORI BLIZINE I TAKTILNI SENZORI

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Katedra za signale i sisteme

Senzori u robotici

18.04.2023

Hana Gostimir 2009/0189Milan Milovanović 2009/0287

18.04.2023

AgendaSenzori blizine•Tehničke karakteristike•Elektromehanički senzori•Elektromagnetski senzori blizine•Kapacitivni senzori blizini•Ultrazvučni senzori blizine•Optoelektronski senzori blizine•Parking senzori – Case study

Taktilni senzori•Principi izrade•Otpornički taktilni senzori•Elektromagnetski taktilni senzori•Kapacitivni taktilni senzori•Pijezoelektrični taktilni senzori•Ultrazvučni taktilni senzori•Optoelektronski taktilni senzori• Integrisani silicijumski senzori•Termički taktilni senzori•Uporedni pregled•Touch screen – Case study

18.04.2023

SENZORI BLIZINE

18.04.2023

Tehničke karakteristike

Definicija. Senzori blizine imaju izlazni signal koji se menja kada je blizina objekta (proximity) veća ili manja od određene vrednosti. Zbog toga se često nazivaju relejnim senzorima odnosno prekidačima, čije ime zavisi od fizičkog principa na kome rade: induktivni, kapacitivni, optoelektronski i sl.

jeftini, jednostavni i izdržljivi propisani su evropskim standardima EN 50008 − EN 50044 Zbog načina na koji rade, senzori blizine imaju relejnu

statičku karakteristiku sa histerezisom (slika)

Senzori blizine•Tehničke karakteristike• Elektromehanički senzori

Taktilni senzori

18.04.2023


Taktilni senzori

18.04.2023

Za tehničku primenu relevantni su sledeći parametri (slika): Realno preklopno rastojanje Sr Efektivno preklopno rastojanje Se Operativno preklopno rastojanje So

Histerezis statičke karakteristike definiše se kao nepodudarnost između preklopnog rastojanja kada se detektovani objekat približava senzoru i preklopnog rastojanja kada se objekat udaljava od senzora. Histerezis se izražava kao apsolutna vrednost ili u procentima nominalnog preklopnog rastojanja.

Ponovljivost statičke karakteristike predstavlja tačnost efektivnog preklopnog rastojanja Se.

Frekvencija priključivanja f je maksimalni broj uklopnih ciklusa u jednoj sekundi pri određenim uslovima.


Taktilni senzori

18.04.2023

Električne karakteristike. Napajanje senzora ostvaruje se dvožično preko pojačavača čiji se rad kontroliše potrošnjom, tj. strujom senzora. Za pojačavač se specificiraju sledeći parametri:

napon napajanja U sa određenom vrednošću struje kratkog spoja Iks; vrednost struje Ipr kada je senzor u tački preklapanja; struja I1, koja indicira prekid napojnog voda ili otkaz senzora, pri čemu je

vrednost I1 manja od minimalne vrednosti radne struje u kolu; struja I2, koja označava kratak spoj u napojnom vodu ili otkaz senzora, pri čemu

je vrednost I2 veća od maksimalne vrednosti radne struje u kolu.

Velike mogućnosti u primeni i niska cena uslovili su da na promet senzora blizine otpada oko 17% svih senzora.


Taktilni senzori

18.04.2023

Senzori blizine•Tehničke karakteristike•Elektromehanički senzori•Elektromagnetski senzori blizine

Taktilni senzori

18.04.2023

Elektromehanički senzori


Taktilni senzori

Najstariji senzori blizine (1932.) Mikroprekidač je ugradjen u kućištu i zavisno

od namene, poluge kojima se aktiviraju priključci mikroprekidača imaju različite oblike

18.04.2023

Elektromehanički senzori Karakteristike: radna temperatura -65 – 550 C° frekvencija uključivanja 100-300 uklopnih ciklusa vek trajanja 10^6 – 10^7 preključivanja jeftini su koriste se bez pojačavača i mogu prekinuti struje

do 25A


Taktilni senzori

18.04.2023

Elektromehanički senzori Rid releji (Reed Switch) Imaju feromagnetske mehaničke kontakte koji su

normalno otvoreni, zatvaraju se kada se približi magnet pričvršćen na ruci robota

Visoka pouzdanost preko 10^7 prekidanja Temperaturni opseg rada -20 - 70 C° Tačnost i histerezis 1-10 µm Neosetljivost na vlagu, i ujedno mogućnost rada

u eksplozivno opasnim sredinama


Taktilni senzori

18.04.2023

Elektromagnetski senzori blizine – Induktivni senzori

Princip rada temelji se na zavisnosti induktivnosti kalema od promene magnetske otpornosti. Sa približavanjem metalnog predmeta slabi magnetska otpornost kalema i raste induktivnost. Kada se predmet udaljava, dešava se suprotna pojava. Parametri elektromagnetskog kola i karakteristike objekta određuju zonu detekcije.

Standardni test objekat za induktivni senzor blizine definisan je kao kvadratna čelična pločica (ČE 0300) debljine 1 mm

Pomeranjem test objekta u horizontalnom i vertikalnom pravcu senzor će se aktivirati kada prednja ivica objekta dođe u određenu tačku. Spajanjem ovih tačaka dobija se kriva odziva (slika 3)

Senzori blizine•Elektromehanički senzori•Elektromagnetski senzori blizine•Kapacitivni senzori blizini

Taktilni senzori

18.04.2023

Induktivni senzor blizine može se primeniti i za

detekciju metalnih objekata koji nisu od čelika. aluminijumsku foliju nerđajući čelik mesing aluminijum Bakar

Podatak o dimenzijama test objekta je bitan za pravilan izbor senzora. Induktivni senzor sa jednosmernim izlaznim signalom sastoji se od kalema kao

primarnog osetilnog elementa, oscilatora koji generiše naizmenično elektromagnetsko polje, demodulatora koji pretvara promenu amplitude u jednosmerni signal, prekidačkog stepena (Šmitovog trigera) i pojačavača (slika)

Vihorne struje koje smanjuju energiju polja.


Taktilni senzori

18.04.2023

Električne karakteristike induktivnih senzora blizine propisane su standardima. Najvažniji parametri su: stabilan napon napajanja Uo =7−9 V (preporučuje se 8,2 V) sa

strujom kratkog spoja Iks =7−16 mA (preporučuje se 8,2 mA); struja Ipr =0,2−2,1 mA kada je senzor u tački preklapanja; struja I1 =0,05−0,15 mA, koja indicira prekid napojnog voda ili otkaz

senzora; struja I2 =6,5−7,45 mA, koja indicira kratak spoj u napojnom vodu ili

otkaz senzora, pri čemu navedenom opsegu struje odgovara ekvivalentna otpornost senzora od 360 Ω do 100 Ω i za napon napajanja 8,2 V.

Mogu se predstaviti matematičkim modelom, funkcijom L(D)


Taktilni senzori

18.04.2023

Način izrade. Induktivni senzori blizine imaju U, cilindrični ili prizmatični oblik (slika). Kućište je napravljeno od nerđajućeg čelika ili od polimera. Često su na kućištu ili konektoru ugrađene LED diode za vizuelnu indikaciju stanja ON/OFF i ispravnosti napajanja. Kod prizmatičnog senzora obično postoji mogućnost da se čeona površina kalema zakrene za 90°, čime se olakšava ugradnja i na manje dostupnim mestima.


Taktilni senzori

18.04.2023

Montaža i primena. Induktivni senzori blizine lako se ugrađuju. Od konkretne primene zavisi koji će se tip senzora odabrati i na koji će se način ugraditi.

Ugradnja induktivnih senzora blizine: a) direktna ugradnja,b) ugradnja u udubljenju, c) ugradnja u nizu, d) detekcija ugaone brzine, e) detekcija ugaone brzine i smera obrtanja


Taktilni senzori

18.04.2023


Taktilni senzori

18.04.2023

Više senzora istog tipa moguće je ugraditi u nizu − jedan do drugog.

Tada je važno da se održi minimalno dozvoljeno rastojanje između aktivnih površina (1D−3D) kako ne bi došlo do uzajamnog delovanja (slika c).

Jednostavna je ugradnja i na pokretnim delovima, na primer, na ruci robota.

Induktivni senzori blizine često se upotrebljavaju za detekciju brzine obrtanja osovine.


Taktilni senzori

18.04.2023

Tehničke karakteristike. Induktivni senzori blizine odlikuju se velikom pouzdanošću, kompaktnom gradnjom i otpornošću na hemikalije, mehaničke vibracije i vlažnost.

Imaju značajne prednosti u odnosu na elektromehaničke: beskontaktni preklop bez treperenja, mala potrošnja, teorijski neograničen vek trajanja, zaštita od preopterećenja, zaštita od kratkog spoja i zaštita od nepravilnog priključivanja.

Radna temperatura je u opsegu −25 °C do +80 °C, a za specijalne konstrukcije opseg je veći: od −40 °C do +100 °C.


Taktilni senzori

18.04.2023

Elektromagnetski senzori blizine – Specijalni elektromagnetski senzori

Specijalni senzori napravljeni su da izdrže veliki dinamički pritisak od nekoliko stotina bara, da rade u eksplozivno opasnom prostoru, da se postavljaju u sigurno stanje u slučaju otkaza i dr.

U klasi elektromagnetskih za ove namene postoje novi tipovi senzora blizine: tankoslojni, Holovi, magnetootpornički.


Taktilni senzori

18.04.2023

Kapacitivni senzori blizine

Sastoje se od kondenzatora kao glavnog osetilnog elementa koji se priključuje na oscilator ili pojačavač.

U oba slučaja princip se zasniva na menjanju kapacitivnosti ili zbog ulaska objekta koji menja dielektričnu konstantu izmedju elektroda ili zbog promene rastojanja izmedju elektroda od kojih je jedna na senzoru a druga na objektu čiju daljinu merimo.

Senzori blizine•Elektromagnetski senzori blizine•Kapacitivni senzori blizine•Ultrazvučni senzori blizine

Taktilni senzori

18.04.2023


Konstrukcija sa oscilatorom: pojava objekta izmedju elektroda dovodi do nastanka naizmeničnog napona a u prekidačkom kolu je ispravljač sa Šmitovim trigerom koji naizmenični napon ispravlja i prekida, a rezultat je jednosmerni napon koji menja ON/OFF stanje izlaznog stepena


Taktilni senzori

18.04.2023

Kapacitivni senzori blizine Konstrukcija sa pojačavačem: ima

kondenzator sa promenljivim rastojanjem izmedju elektroda

Ispravljen napon se uporedjuje sa naponom praga Šmitovog trigera, koji je podešen na vrednost ekvivalentnu preklopnom rastojanju


Taktilni senzori

18.04.2023



Taktilni senzori

18.04.2023


Opseg delovanja(zavisi od materijala objekta)Neprovodni materijal: dielektrik(staklo,plastika,drvo)

promena ε u aktivnoj zoni je mala pa je i preklopno rastojanje malo (20-30mm)

Metal: veća promena, pa je i veće preklopno rastojanje (oko 40mm)

Uzemljeni metal: apsorpcija naelektrisanja je još više izražena, pa je preklopno rastojanje najveće (50-60mm)


Taktilni senzori

18.04.2023


Vlaga, prašina i porast temperature povećavaju preklopno rastojanje zato se za tačne rezultate moraju odrediti konkretni uslovi rada

Neupotrebivi za porozne materijale (sundjer, stiropor), jer su im loše dielektrične osobine.


Taktilni senzori

18.04.2023

Kapacitivni senzori blizine Konstrukcija I tehnicke karakteristike:

U obliku cilindra prečnika d = 10-30mm Dužine l = 60-100mm; U obliku prizme 40x40x100mm ili 80x80x40mm Test objekat je od stakla ili PVC plastike (100x100x100mm) Korekcioni faktori: metal,voda (1), staklo (0,5), keramika (0,4), drvo (0,2 – 1); Preklopno rastojanje 2-10mm ili 5-50mm; Histerezis 10% Obnovljivost manja od 0.01mm Frekvencija preključivanja 10-100Hz Radna temperatura -30 – 70 C° Dobra podnošljivost na mehaničke vibracije frekvencije 50Hz amplitude 1mm Napon napajanja DC (10 – 30V); AC (20 – 220V, 50Hz)


Taktilni senzori

18.04.2023

Ultrazvučni senzori blizine

Ultrazvučni senzori blizine sastoje se od ultrazvučnog primopredajnika, uređaja za formiranje izlaznog signala i pojačavača (slika). Primopredajnik periodično emituje ultrazvučni talas frekvencije 10−400 kHz, a zatim prima reflektovani talas (eho) od radnog objekta. U uređaju za formiranje izlaznog signala određuje se vreme t između emitovanja i prijema signala i, na osnovu poznate brzine c prostiranja ultrazvučnog talasa kroz merni medijum (obično je to vazduh), izračunava udaljenost objekta:

x = tc/2 Ultrazvučni senzor blizine: a) strukturna blok−šema, b) emitovani i eho signal

Senzori blizine•Kapacitivni senzori blizine•Ultrazvučni senzori blizine•Optoelektronski senzori blizine

Taktilni senzori

18.04.2023

Detekcija blizine objekata na osnovu vremena prelaska ultrazvuka od predajnika do prijemnika u načelu je jednostavna, ali se u gradnji senzora javlja više problema (nejednaka brzina prostiranja ultrazvuka u različitim medijumima, zavisnost brzine od temperature i pritiska vazduha, slabljenje intenziteta zbog radijalnogširenja i apsorpcije, delovanje šuma i dr.).

Brzina ultrazvuka c različita je u pojedinim medijumima. Na primer, u vodi je 1500 m/s, u metalima je 3000−6 000 m/s, u staklu 5 500 m/s, u stiroporu samo 500 m/s. O ovome se vodi računa u fazi projektovanja senzora, jer se senzor gradi za odre|enu namenu.

Brzina ultrazvuka zavisi od: Temperature Atmosferskog pritiska Relativne vlažnosti

Slabljenje zbog radijalnog prostiranja .Tada se ultrazvuk širi radijalno i intenzitet I mu opada sa kvadratom radijalnog rastojanja d od predajnika:

I = k /d2 . Slabljenje ultrazvučnog talasa zbog apsorpcije u vazduhu proporcionalno je približno kvadratu

frekvencije. Ultrazvučni šumovi nastaju zbog različitih procesa obrade u radnoj okolini robota:

usitnjavanja metala, mašinske obrade metala, zavarivanja, raspršivanja boje i dr. Poželjno je da senzori rade sa frekvencijom ultrazvuka većom od 100 kHz kako bi se izbegao uticaj šuma.


Taktilni senzori

18.04.2023

Način gradnje. Ultrazvučni senzori blizine prave se kao

elektrostatički ili pijezoelektrični. Elektrostatički imaju radnu frekvenciju do 250 kHz. Uređaj može da radi i kao prijemnik Pijezoelektrični primopredajnici prave se od pijezoelektričnih materijala. Najpovoljniji rezultati postižu se pomoću tankoslojnih membrana 30−100 μm od

pijezopolimera PVDF. Dobija se da je pri rezonatnoj fekvenciji talasna dužina jednaka dvostrukoj debljini

membrane λ =2h. U praksi je rezonatna frekvencija 1−10 MHz. Ultrazvučni senzori: a) elektrostatički, b) pijezoelektrični, c) dijagram usmerenosti


Taktilni senzori

18.04.2023

Tipične konstrukcije ultrazvučnog senzora blizine imaju oblik prizme ili cilindra, približno istih dimenzija kao kod induktivnih ili kapacitivnih senzora blizine. (slika). Glava sa primopredajnikom može biti odvojena od elektronskog dela, čime se omogućava ugradnja i na nepristupačnim mestima.

Test objekat određuje se karakteristikama reflektujuće površine radnog objekta. Naime, objekat može biti od čvrstog, tečnog ili praškasto−granulastog materijala, ali je bitno da mu je površina glatka, sa neravninama manjim od 0,2 mm. Debljina objekta treba da je veća od 0,01 mm, a reflektujuća površina da je pod uglom 90±3° u odnosu na pravac prostiranja ultrazvuka.


Taktilni senzori

18.04.2023

Ugradnja. Prilikom ugradnje ultrazvučnih senzora blizine vodi se računa o nizu iskustvenih pravila korisnih za smanjivanje interferencije sa drugim ultrazvučnim senzorima:

za zakretanje ultrazvučnog talasa primenjuju se najvi{e dva reflektora sa kojima je moguće talas zakrenuti maksimalno dva puta po 90° i dovesti ga na osu paralelnu osi senzora (slika);

za smanjivanje refleksije sa drugih objekata koji se nalaze u blizini radnog objekta mo`e se upotrebiti dijafragma sa prorezima (slika);

za detekciju objekata raspoređenih lepezasto u odnosu na senzor može se upotrebiti zastor sa

odgovarajućim brojem proreza koji se otvaraju sukcesivno ili po nekom programu; za dva senzora postavljena jedan naspram drugog na istoj osi potrebno je obezbediti minimalno

dozvoljeno međusobno rastojanje x1, koje zavisi od preklopnog rastojanja, a određuje se eksperimentom (slika);

za dva senzora sa paralelnim osama, koji zrače u istom smeru, potrebno je izvesno rastojanje x2 između osa da ne bi došlo do uzajamne interferencije, pri čemu x2 zavisi od preklopnog rastojanja i orijentacije objekta u odnosu na osu senzora;

za senzor čija je osa paralelna nekom zidu neophodno je da se senzor postavi na rastojanje x3 od zida (slika);

za senzor koji se montira u koridoru između dva zida potrebno je obezbediti minimalno rastojanje x4 između ose i zidova, što se, takođe, određuje eksperimentom


Taktilni senzori

18.04.2023


Taktilni senzori

18.04.2023

Tipične primene


Taktilni senzori

18.04.2023

Optoelektronski senzori blizine Sastoje se iz optičkog para (optocoupler)

prijemnika i predajnika; Predajnici : LED (svetleće diode), LD (laserske

diode); Prijemnici: fototranzistori, fotodiode, fotootpornici; Najčešće se koristi par LED – fototranzistor

(detektuje se prekidanjem ili refleksijom optičkog signala)

Senzori blizine•Ultrazvučni senzori blizine•Optoelektronski senzori blizine

Taktilni senzori

18.04.2023

Optoelektronski senzori blizine Opseg: LED- nekoliko metara, LD- nekoliko desetina

m; Optički signal

u području vidne svetlosti (λ=0.38 - 076µm) Kratkotalsane infrared (λ=0.76 – 3µm)Srednjetalasne infrared (λ=3 - 8µm)

Optoelektronski senzori sa prekidanjem su pouzdani, ali se tačno udaljenje objekta ne moze izmeriti, za razliku od senzora na principu refleksije, gde se udaljenost moze tačno izmeriti


Taktilni senzori

18.04.2023

Optoelektronski senzori blizine Uredjaji koji rade na principu impulsnog režima veoma

su efikasni, ali se ne mogu koristiti za merenja manjih rastojanja, tada se koriste uredjaji sa kontinualnim režimom rada.

Laserski daljinar sa kontinualnim režimom rada pored prijemnika i predajnika ima i merač faze (umesto marača vremena)

Ako se izmeri fazna razlika izmedju emitovanog I prijemnog signala moze se izmeriti/izračunati i predjeno rastojanje 2d.


Taktilni senzori

18.04.2023

Optoelektronski senzori blizine Test je bela ili siva test karta 200x200mm Problem je prašina, ulje i vodena para koja se javlja na

sočivu predajnika i prijemnika, rešenje je pojačavač ugradjen u prijemnik

Ekces – faktor pojačanja (u zavisnosti od uslova rada): 1,5 – čist vazduh 5 – malo prašine, redovno čišćenje 10 – umereno prljav vazduh, povremeno čišćenje 50 – prljav vazduh, neredovno čišćenje


Taktilni senzori

18.04.2023

Optoelektronski senzori blizine Tmin = w / v; Tmin= (w-d) / v; Tmin - vreme odziva (vreme potrebno za

promenu izlaza, kada se ulaz promeni iz svetlosti u mrak ili obrnuto)

w - sirina objekta; v - brzina objekta; druga formula se koristi kad je w samerljivo sa

efektivnim poprečnim presekom optičkih zraka, d.


Taktilni senzori

18.04.2023

Optoelektronski senzori blizine Način gradnje: Parovi se grade u 1 ili 2 kućista od plastike Kad je potrebno zrak “dostaviti” na manje dostupna

mesta koriste se ogledala ili optička vlakna (d=100-400µm)


Taktilni senzori

18.04.2023

Optoelektronski senzori blizine Tehničke karakteristike:

Preklopno rastojanje: malo (0-1mm) srednje (0-20mm) (sa refleksijom) veliko (0-4m)

Ukoliko su LD senzori onda je više desetina metara Senzori sa prekidanjem optičkog signala:

frekvencije do 400Hz; ponovljivost +/- 5% opsega histerezis +/- 3% Radna temperatura 0-50 C° jednosmerni napon 10-30V


Taktilni senzori

18.04.2023

Optoelektronski senzori blizineWhisker and Antenna Sensor Dlaka i antena senzor su u suštini hibridi taktilne i blizinske

informacije. Ovaj oblik detekcije prvi je istraživao u ranim 1990im Rasel koji je

razvio senzor na bazi ugla koji je bio pričvršćen za ruku robota da bi istraživao svoju okolinu.

Drugi primer je Kaneko koji je napravio aktivnu antenu sa jednim stepenom slobode, koristio je rotaciju slično kao što je i insekti koriste!

Za mnoge životinje brkovi i antene su precizna kombinacija za detekciju prepreka, na primer zglavkari koriste dlačice na svom egzoskeletu za lokalizaciju kontakta(dodira)!


Taktilni senzori

18.04.2023

Parking senzori

Wireless Parking senzori LF-PWL01 Quadrate LCD tip Opis: Model No. LF-PWL01 Wireless Parking senzori Quadrate LCD Type- 8

senzora Princip rada:

Automatski se pokrece kada se menjac ubaci u polozaj za rikverc. 8 senzora (4 napred i 4 nazad) za detekciju poteskoca prilikom parkiranja,sa obe strane

automobila,kao i sa strane zadnjeg branika. 3 razlicite boje nagovestavaju poteskocu. 15 razlicitih faza upozorenja. FM prenos iz displeja u kontrolnu kutiju,bezicni displej sa veoma lakom instalacijom. Digitalno,poziciono,glasovno i akusticno upozorenje. Glasovan funkcija upozorenja,koja se moze ukljuciti ili iskljuciti u zavisnosti od zelje

potrosaca. ubacena instalacija.

Senzori blizine•Optoelektronski senzori blizine•Parking senzori – Case study

Taktilni senzori

18.04.2023

Tehnicki podaci: Radna voltaza: 10~ 15 V Max. jacina: 3.6W Radna temeratura: - 35 ~ + 70 ℃

℃ Detekcija razdaljine: 0.1 m ~ 1.5 m Moguca greska prilikom merenja:

±0.05 m Senzorski ugao detekcije: 60 º Alarmna jacina

ugradjene(unutrasnje)sirene: 80dB Alarmna jacina spoljasnje sirene:

80dB Vreme aktivacije: 250 ms Ultrasonicna frekvencija: 40KH Dnevna potrosnja: 240~300 mA Maksimalna razdaljina izmedju

kontrolne kutije i displeja: 15m

Senzori blizine•Optoelektronski senzori blizine•Parking senzori – Case study

Taktilni senzori

Razdaljina Podrucje LCD pozadinska svetla Zvuk

1.50 to 1.10 m normalan brzina plava Bi¡ Bi¡ Bi¡ 1.00 to 0.50 m mala brzina grimizna Bi..Bi..Bi..0.40 to 0.10 m Stop crvena Bi¡ (trajan beep zvuk)

18.04.2023

TAKTILNI SENZORI

18.04.2023

Principi izrade

Površinski kontakt. Senzori mere aktuelne vrednosti fizičkih veličina radne okoline robota, što omogućava robotu da adekvatno deluje na okolinu.

Taktilna (dodirna) percepcija daje informacije o poziciji i orijentaciji objekata, njihovim mehaničkim svojstvima (težina, elastičnost, plastičnost) i fizičkim stanjima (vlažnost, temperatura). Kada robot drži neki objekat, u najprostijem slučaju samo sa dva prsta, mesto kontakta je tačka, linija ili površina.

Kontaktna sila je rezultanta težine objekta i sile sa kojom robot deluje na objekat.

Taktilni senzor ovoga tipa meri silu i moment u jednoj tački i na taj način može jedino da potvrdi da je objekat prisutan ili ne, odnosno primenom aktivne percepcije meri sile i momente na celoj liniji ili površini dodira.

Senzori blizineTaktilni senzori•Principi izrade•Otpornički taktilni senzori

18.04.2023


Merenje rezultante kontaktne sile šestokomponentnim senzorom na prstu

18.04.2023

Senzorski niz ili matrica. Kada se između prstiju robota vrši neka manipulacija objektom, neophodno je detaljno praćenje svih sila (distribucija, pravac, smer, intenzitet) u tačkama kontakta.

Za realizaciju takvog zahteva neophodni su senzori poređani u niz ili matricu.

Na osnovu jednog kontakta sa objektom dobijaju se određene informacije o obliku objekta, pri čemu se uzima u obzir relativni položaj senzora u odnosu na koordinatni početak vezan za šaku robota.


18.04.2023

Definicija. U skladu sa prethodnim razmatranjem, taktilna percepcija definiše se kao kontinualna detekcija kontaktnih sila pri dodiru na određenoj površini i sa definisanom prostornom rezolucijom.

Kao rezultat nastaje 2D−slika koja se označava taktilnom ili kontaktnom vizijom.

Potpuna informacija o obliku predmeta, tj. 3D−slika, može se dobiti samo aktivnom percepcijom ili procesiranjem više 2D−slika sa različitih dodirnih površina.

Merenje sile u nizu tačaka − taktela (tactile + element) − znatno se razlikuje od merenja sile u samo jednoj tački.

Klizanje je specifična kontaktna pojava koja se manifestuje kao kretanje objekta između prstiju robota. Detekcija i kontrola klizanja neophodni su za delikatnije operacije nad objektima, tj. za pouzdano i stabilno držanje objekata.


18.04.2023

Kontrola klizanja se može postići na dva načina:Ugradnjom senzora klizanjaPrimenom programa


18.04.2023

Interpretacija taktilne informacije. Izlazni signali taktilnog senzora proporcionalni su silama i defleksijama nastalim zbog kontaktnog delovanja, pa se mogu interpretirati kao sledeća svojstva objekta i uslova kontakta:

prisustvo objekta; oblik, lokacija i orijentacija objekta; sila (pritisak) na kontaktnoj površini i distribucija sile (pritiska); intenzitet, smer i mesto delovanja sile; statički i dinamički uslovi kontaktne površine; viskozno−elastična svojstva objekta.


18.04.2023

U opštem slučaju zahteva se da taktilni senzor što više liči na ljudsku kožu (distribuiranost na tankoj i fleksibilnoj osnovi), da struktura na koju se ugrađuje senzor što više liči na ljudsku šaku (sa fleksibilnim i osetljivim prstima) i da se što veći obim procesiranja taktilne informacije obavi na nivou senzora.

Tehnički zahtevi koji se odnose na taktilne senzore: elastičan i izdržljiv površinski sloj senzora; prostorna rezolucija 1−2 mm za objekte veće od 10 cm, a za manje objekte i delikatnije

manipulacije prostorna rezolucija treba da je manja od 1 mm; ukupan broj taktela 50−200, složenih u matricu 5×10−10×20; linearne, stabilne i ponovljive statičke karakteristike sa malim histerezisom i driftom za svaki

taktel; vremenske konstante taktela 1−10 ms; osetljivost na silu 0,01 N (oko 1 g), odnosno osetljivost na pritisak 30 Pa; dinamički opseg, tj. odnos izme|u maksimalne i minimalne vrednosti mernog opsega treba da je

1000:1, što znači da senzor oseća sile do 10 N (oko 1 kg) i pritisak do 3 000 Pa; nezavisan elektronski sklop za obadu signala.

Razmak između senzora treba da je manji od dvostruke dubine 2d na kojoj su senzori ugrađeni ispod površine kože.


18.04.2023

Taktilni senzori sastoje se od tri osnovna dela: Veštačke kože, čija je funkcija da pretvori vanjsku silu u mehanički

pomeraj i da zaštiti konstrukciju od oštećenja i vanjskog uticaja; Senzora, kao osetilnog elementa pridruženog jednom taktelu, koji

pretvara mehanički pomeraj u proporcionalni električni signal. Prema fizičkom principu na kojem se zasniva pretvaranje taktilni senzori dobijaju ime: otpornički, kapacitivni, induktivni, optoelektronski, pijezoelektrični i dr. Zapravo, gotovo svi načini detekcije pomeraja poznati u tehničkoj praksi isprobani su, sa većim ili manjim uspehom, u realizaciji taktela;

Elektronskog sklopa, koji obrađuje signale sa senzora i interpretira ih radi dobijanja slike objekta.

Senzori blizineTaktilni senzori• Principi izrade• Otpornički taktilni senzori

18.04.2023

Kontakt sa kožom različite tvrdoće

Koža od silikonske gume: a) napregnuta, b) nenapregnuta

Senzori blizineTaktilni senzori• Principi izrade• Otpornički taktilni senzori

18.04.2023

Mikroprocesorski skop za obradu signala sa taktilne matrice


18.04.2023

Obrada taktilne slike ima mnogo sličnosti sa procesiranjem optičke slike. Tipične funkcije jednog programa za obradu su sledeće:

pojava (uočavanje slike); ekstrakcija karakteristika slike na osnovu

aktuelne i prethodne slike; detekcija klizanja; merenje sile na celoj taktilnoj površini; ekstrakcija taktela sa maksimalnom vrednošću

sile; transfer slike do računara višeg nivoa; kontrola slike na video displeju; obrada prekida zbog iznenadnih promena.

Najprostija obrada odnosi se na binarne slike, koje su tipične u kontroli kvaliteta ravnih komada različitog oblika (slika)


18.04.2023

Otpornički taktilni senzori

Elastični otpornici menjaju otpornosti u zavisnosti od pritiska

(dominantan uticaj na promenu otpornosti je promena dužine l) Velika osetljivost na promenu pritiska U neopterećenom stanju Ro= 1kΩ Rmin=5-100Ω, pri maximalnom opterećenju , takodje da ne bi došlo do

preteranog povećanja struje kao i preopterećenja analognih kola, a da omogući napon do 10V

Dugovečnost (izdržljivost) 10^6 ciklusa

(a da se karakteristike ne menjaju više od +/- 5%) Provodni elastomer -guma koja se pod dejstvom sile sabija ili isteže i

pri tome menja svoju otpornost, pogodna je samo za binarne taktilne senzore

Senzori blizineTaktilni senzori•Principi izrade•Otpornički taktilni senzori•Elektromagnetski taktilni senzori

18.04.2023


Taktilni senzori sa slojem elastomera na štampanoj ploči:


18.04.2023


Veštačka koža (Artificial skin): Rasporedjivanjem većeg broja elemenata mogu se dobiti linijske ili

površinske strukture osetljive na silu, njih nazivamo linijski ili porvšinski senzorski sistemi za silu. Oni u odredjenoj meri zamenjuju čulo dodira i omogućuju saznavanje oblika predmeta, neravnina na površini i slično.

Ovakvim sistemima je moguće upravljati na dva različita načina. Prvi je funkcionisanje i upravljanje svakog elementa posebno, a drugi (značajniji) je formiranje jedinstvenih površinskih struktura kojima se upravlja kao jednom celinom.

Jedan od zahteva pri izboru piezorezistivnog materijala je njegova savitljivost, da bi mogao da se savija i deformiše na krive površine.

Zbog svih svojstava koja ga opisuju nekada ovakav sistem nazivamo veštačka koža.


18.04.2023

Otpornički taktilni senzori Otpornički senzori sa nizovima elektroda Konstrukcija:

2 niza paralelnih elektroda koje su postavljene normalno jedne na drugu i izmedju njih je provodni elastomer

Najjednostavniji,

razmeštaj elektroda

je prema potrebi

raspodele taktelaNedostatak: za n senzorskih

elemenata potrebno je 2n žica


18.04.2023


Savremenija konstrukcija:Tankoslojni polimerni elastomeriTankoslojne elektrodeU preseku su takteli sa prostornom rezolucijom od

0.5mmDebljine svega 0.125mm

lako se mogu ugraditi

u prste robota


18.04.2023

Otpornički taktilni senzori Selektovanje: Takteli (otpornici) formiraju mrežu Kako se izbeći zatvaranje kola na neselektovanim taktelima?

Rešenje: povratna sprega


18.04.2023


Kada se sila povećava otpornost se smanjuje! Realno postoji i parazitna otpornost Rp


18.04.2023


Preključivanje taktela: Slično kao kod ljudi – senzori u dubini imaju nisku rezoluciju,

senzori bliži površini imaju visoku rezoluciju i reaguju na manjoj regiji

Možemo preklopiti sve taktele (u matrici) da rade kao jedan, ukoliko samo želimo da dobijemo podatak da li je detektovan kontakt ili nije, a

Ako uzmemo svaki taktel posebno da ispitujemo dobijamo i sliku (distribucija slike)

Zato ukoliko sve preklopimo i gledamo matricu kao da je dimenzije 1x1 tada imamo veću frekvenciju, brži odziv (ali na račun slike).


18.04.2023


Otpornički senzori sa VLSI kolima

(Very Large Scale Intergration) Zbog velikog broja žica koje su potrebne, a

usput nose neobradjene informacije, uvodimo ovaj tip senzora

VLSI kola se direktno ugradjuju se u strukturu taktilnog senzora, gde se onda i obradjuju informacije.

Senzori blizineTaktilni senzori• Principi izrade• Otpornički taktilni senzori• Elektromagnetski taktilni senzori

18.04.2023


Konstrukcija: Ispod sloja otporničke gume je silicijumska osnova (wafer)

sa VLSI kolima Na površini integrisanog kola nalaze se aluminijumske

elektrode (0,1 - 0,2mm) Prostor izmedju elektroda zaliven je izolatorskim slojem od

kvarca radi zastite VLSI kola, kao i bolje selektivnosti kontakata izmedju gume

Analogni komparator omogućava merenje intenziteta sile, jer se može porediti sa više referentnih vrednosti napona


18.04.2023



18.04.2023


Karakteristike: Prostorna rezolucija 1mm po taktelu lako ostvariva (a

ona je potrebna za industrijske robote) Krajnji domet je 25x25 taktela po 1mm^2 VLSI čipovi sadrže sva potrebna kola:

Komparator sa podesivim nivoom komparacijeLeč registar za proporciju rezultata poredjenja do ALUALU (aritmetičko logička jedinica) za obradu signala sa

taktelaKontroler za kontrolu rada ALU jedinice


18.04.2023

Elektromagnetski taktilni senzori – Induktivni senzori Induktivni senzori su robusni i pogodni za

detekciju većih objekata u industrijskim uslovima.

Senzori blizineTaktilni senzori•Otpornički taktilni senzori•Elektromagnetski taktilni senzori•Kapacitivni taktilni senzori

18.04.2023

Granični uslovi. Šiljak sa kojim se moduliše transformatorska sprega može se zaglaviti u cevi kada je površina po kojoj se kreće suviše nakošena (slika)

Poželjno je da senzor prati što veće krivine na objektu


18.04.2023

Elektromagnetski taktilni senzori – Magnetootpornički senzori Princip rada temelji se na zavisnosti električne otpornosti R

magnetootpornika od magnetskog polja H, pri čemu je relativni položaj magnetootpornika u polju u vezi sa delovanjem sile na dodirnoj površini.

Konstrukcija senzora je višeslojna (slika). Osnova je od alumine (aluniminijev oksid Al2O3) na koju je prvo fotolitografskim postupkom nanet magnetorezistivni materijal tako da se dobiju željeni matrični raspored, oblik i orijentacija magnetootpornika.

Tipična matrica ima 8×8 elemenata i smeštena je na površini 2,5×2,5 cm, sa rastojanjem između elemenata od 2,5 mm. Inače maksimalna rezolucija je oko 0,5 mm.


18.04.2023

Struktura magnetootporničkog taktilnog senzora


Sa tanjom gumom dobija se bolja rezolucija, a sa tvrđom gumom bolji dinamički opseg.

18.04.2023

Šema za pretraživanje aktivnih taktela

Senzori blizine


18.04.2023

Na otpornost magnetootpornika ne deluje samo magnetsko polje provodnika koji je neposredno iznad njega već i polja susednih provodnika, što se odražava kao sistematska greška od ±0,14−5%. Kao zaštita od magnetskih smetnji može da se ugradi oklop od isprepletane mrežice.

Specijalna konstrukcija. Standardni taktilni senzori mere samo vrednosti normalnih sila na kontaktnoj površini. Magnetorezistori u kombinaciji sa minijaturnim magnetskim dipolima omogućavaju konstrukciju senzora za merenje lokalnih sila i lokalnih momenta.

Broj dipola zavisi od toga koliko se komponenti lokalnih sila i momenata meri.


Magnetootpornički senzor za merenje lokalnih sila i lokalnihmomenata: a) senzor na prstima robota, b) statička karakteristika ΔR(z),c) statička karakteristika R(θ )

18.04.2023

Elektromagnetski taktilni senzori – Magnetoelastični senzori Magnetoelastični senzori upotrebljavaju se prevashodno za

prepoznavanje oblika objekata i merenje sile na ravnoj taktilnoj površini.

Magnetoelastični senzori mogu biti aktivni, parametarski i anizotropni. U izradi taktilnih senzora najbolje rezultate su pokazali anizotropni.


18.04.2023

Pretraživanje matrice sa magnetnoelastičnim elementima


18.04.2023

Kapacitivni taktilni senzori

Prostorna rezolucija: Teško se ostvaruje rezolucija od 1mm (da bi bila mala prostorna rezolucija, smanjuje se

površina elektroda kondenzatora, to za sobom povlači smanjenje promene kapacitivnosti pa se teško može meriti, zato ako povećamo površinu elektroda kondenzatora da bi zadovoljili uslove merenja, dobijamo rezoluciju oko 4-5mm)

Senzori blizineTaktilni senzori•Elektromagnetski taktilni senzori•Kapacitivni taktilni senzori•Pijezoelektrični taktilni senzori

18.04.2023

Kapacitivni taktilni senzori Pločasti konstrukcija: Prostorna rezolucija 3-4mm po dužini prsta, 45°,30°,12° po obimu

prsta Dielektrik od elastične gume

εr =1-10 d = 0.5-0.8 mm

Pojedinačne kapacitivnosti 1-4 pF


18.04.2023

Kapacitivni taktilni senzori

Način rada: Spoljašnja elektroda pod delovanjem normalne sile se

primakne za Δd, vrednost kapacitivnosti kondenzatora za taktel (i, j) računa se pomoću poznate formule:


18.04.2023

Kapacitivni taktilni senzori Karakteristike: Za maximalno opterećenje od 100g (1N)

deformacija 25% odstupanje 2%


18.04.2023

Pijezoelektrični taktilni senzori

Pijezoelektrični efekt. Kada na pijezoelektrični materijal deluje sila, nastaje deformacija u strukturi materijala koja dovodi do polarizacije molekulskih dipola.

Pijezoelektrični senzor gradi se kao pločasti kondenzator, čija je ekvivalentna šema data na slici

Signal sa pijezoelektričnog senzora je napon ili naelektrisanje. Na njegovom izlazu je U = Q/C

U drugom slučaju primenjuju se pojačavači sa kondenzatorom Cps u povratnoj sprezi (slika c), pa je izlazni napon U = Q/Cps

Senzori blizineTaktilni senzori•Kapacitivni taktilni senzori•Pijezoelektrični taktilni senzori•Ultrazvučni taktilni senzori

18.04.2023

Struktura ovog senzora je višeslojna. Osnova je od silicijuma i na njoj su fotolitografskim postupkom nanete disk elektrode prečnika 1,5−6 mm sa prostornom rezolucijom 3−8 mm.

Najbolji rezultati u tehnici tankih slojeva postižu se pomoću pijezopolimera polivilidenfluorida (PVDF). Za razliku od ostalih pijezoelektrični nema elastičnu veštačku kožu, pa je zato pogodan za gradnju

ravnog prsta ili dlana. Javlja se prioelektricitet Programi za obradu slike poboljšavaju tačnost senzora.


18.04.2023

Pijezoelektrični taktilni senzori – Ravni


18.04.2023

Ultrazvučni taktilni senzor

Radi na principu TOF:Merenje vremena koje je potrebno ultrazvučnom talasu

da predje put od predajnika do objekta i nazad t = 2d/c

Senzori blizineTaktilni senzori•Pijezoelektrični taktilni senzori•Ultrazvučni taktilni senzori•Optoelektronski taktilni senzori

18.04.2023


Konstrukcija: Na taktele se dovode električni impulsi pa PVDF

(polyvinylidene fluoride) osciluje i emituje ultrazvuk (predajnik), posle kada se zvuk odbije o gornji sloj gume i vrati u PVDF, on postaje prijemnik

Vreme prelaska ovog puta direktno je proporcijonalno debljini gume i sili sa kojom predmet deluje na taktilnu površinu


18.04.2023


Teško je meriti vreme jer smo u situaciji da za nprdebljinu od 3mm sa maximalnom kompresijom gume od 20% mora imati dinamički opseg od 1,2µs!

Ako je rezolucija 1/50, onda Δ t= 24ns (problem) Rešenje:

generisanjem ultrazvuka visoke učestanosti f =10-50MHz ili posrednim merenjem vremena preleta (preko promene

u razlici faza izmedju emitovanog i reflektovanog talasa)


18.04.2023

Optoelektronski taktilni senzori Za izradu taktilnih senzora primenjuju se optički parovi sa

prekidanjem ili sa refleksijom optičkog zraka. Sila pritiska na elastičnom površinskom sloju senzora pretvara

se u odgovarajući proporcionalni pomeraj šiljka koji moduliše intenzitet svetlosti na putu između LED diode kao emitera svetlosti i fototranzistora kao prijemnika (slika)

Svi takteli imaju istu statičku karakteristiku Taktilni senzor visoke rezolucije može se izgraditi primenom

optičkog vlakna kao senzora pomeraja. Optička vlakna i neke providne plastične mase pod delovanjem

pritiska menjaju koeficijent apsorpcije svetlosti.

Senzori blizineTaktilni senzori•Ultrazvučni taktilni senzori•Optoelektronski taktilni senzori• Integrisani silicijumski senzori

18.04.2023


18.04.2023


Prednost ovog senzora je u izvanrednoj detekciji pomeraja objekta poprečno na pravac pružanja optičkog vlakna, a mana mu je osetljivost na prašinu i nečistoće

18.04.2023

Akrilatni senzori


18.04.2023

Integrisani silicijumski senzori Taktilni senzori nove generacije grade se na silicijumskoj

osnovi preko koje se postavlja sloj elastomera, isključivo sa

funkcijom zaštite od mehaničkih oštećenja. Si je izvanredan materijal za gradnju mikromehaničkih

elemenata, jer u širokom intervalu naprezanja ima linearnu deformaciju, izvanrednu čvrstoću dobre dinamičke karakteristike.

U silicijumskoj osnovi ugradjena je potrebna elektronika za

primarnu obradu signala, a deformacioni element nadogradjuje

se tehnikama mikromehanike: nagrizanjem silicijuskog kristalnog tela nagrizanjem ili deponovanjem strukturnih slojeva na površini silicijumske

osnove.

Senzori blizineTaktilni senzori•Optoelektronski taktilni senzori• Integrisani silicijumski senzori•Termički taktilni senzori

18.04.2023

Integrisani silicijumski senzori Detekcija deformacije provodi se pomoću

pijezootpornika ili kondenzatora. Za sada se primenjuju ravnopravno, ali istraživanja

ukazuju da mikrosenzori na bazi kondenzatora imaju svetliju perspektivu jer u odnosu na piezootpornicke senzore ugradjene u silicijum, kapacitivni imaju veću osetljivost na pritisak i manju temperaturnu zavisnost

Prostorna rezolucija ograničena je na

0,3-0,5mm, jer je promena kapacitivnosti vrlo mala


18.04.2023

Integrisani silicijumski senzori Način gradnje sa nagrizanjem Si:

U silicijumski supstrat prvo se ugradi VLSI čip sa elektronskim kolima za primarnu obradu signala sa taktela, od drugog komada silicijuma nagrizanjem se formira deformacioni element željenog oblika i lepi za podlogu


18.04.2023

Integrisani silicijumski senzori

Rezolucija taktela je 0,25×0,25 mm. Standardna matrica sa 32×32 elemenata

ima veličinu od 10×10 mm, sa frekvencijom čitanja oko 60 Hz. Na slici desno prikazan je profil taktilnog niza koji se lepi na

prste robota


18.04.2023

Termički taktilni senzori

Grade se u obliku nizova ili matrica, slično kao taktilni senzori u užem smislu koji su osetljivi na delovanje sile. Osnova na kojoj su ugrađeni senzori obično je zagrejana posebnim izvorom toplote i termostatirana na određenoj temperaturi radi formiranja referentnih radnih uslova.

Kada je senzor u kontaktu sa objektom, nastaje prelaz kondukcijom. Termičko stanje senzora menja se u zavisnosti od geometrije senzora i materijala od kojeg je napravljen, a nastala promena detektuje se kao termička slika objekta.

Tipovi termičkih senzora: bolometar, termoelement, piroelektrik

Senzori blizineTaktilni senzorii• Integrisani silicijumski senzori•Termički taktilni senzori•Uporedni pregled

18.04.2023

Termistor ima veliku brzinu odziva, i malih je dimenzija


18.04.2023

Tankoslojni termički senzor


18.04.2023

Piroelektrični senzor termičke slike


18.04.2023

Prema tumačenju Zebekovog efekta, kada je termoelektrično kolo od dva različita provodnika spojeno na toplom kraju i otvoreno na hladnom kraju, tada na otvorenom kraju nastaje napon UAB =α ΔT, gde su ΔT=T2 −T1 [ °C] razlika temperatura između toplog i hladnog kraja i α [ μV/°C] Zebekov koeficijent koji zavisi od termoelektričnih osobina provodnika A i B.

Mnogo veće vrednosti Zebekovog koeficijenta α imaju poluprovodnici.


18.04.2023

Poluprovodnička termobaterija: a) u obliku traka, b) pravougaona na konzoli, c) kružna na membrani


18.04.2023

Uporedni pregled

Senzori blizineTaktilni senzorii•Termički taktilni senzori•Uporedni pregled•Touch screen – Case study

18.04.2023

Uporedni pregled

Na kraju treba istaći da prepoznavanje predmeta ima suštinski značaj za fleksibilan i autonoman rad robota. U tom smislu u praksi je veći znacaj pridavan razvoju i primeni vizisenzora.

Kada se predmet nalazi izmedju prstiju robota, vizisenzori su od male koristi. Informacije o obliku, orijentaciji, položaju, hrapavosti i teksturi predmeta tada se mogu dobiti jedino iz taktilne slike.


18.04.2023

Uporedni pregled

Kombinovani taktilni senzori u šaci robota:


18.04.2023

Touch screen – Case study

Touch panel je transparentna staklena pločica koja je osetljiva na dodir i koja se uz pomoć samolepljivog sloja pričvršćuje za površinu ekrana graifčkog displeja.

Postoji nekoliko osnovnih tipova ekrana osjetljivih na dodir u zavisnosti od sistema koji se koristi u njihovoj izradi: Otporni sistem Kapacitivni sistem Površinski talasi Infracrveni zraci Optičko slikanje Tehnologija disperzivnog signala

Senzori blizineTaktilni senzorii•Uporedni pregled•Touch screen – Case study

18.04.2023


Otporni sistem: Rezistivni touch panel se sastoji od dve providne pločice

koje formiraju ”sendvič” i koje su sa unutrašnje strane prevučene providnim slojem, čija otpornost obično ne prelazi 1kΩ. Po dve naspramne stranice ovih pločica su izvedene u vidu kontakata koji su dostupni za upotrebu preko flet kabla.

Najjeftiniji, skloni grebanju, poseduju najveću degradaciju slike (samo 75% svetlosti prolazi)


18.04.2023


Postupak određivanja koordinata tačke u kojoj je touch panel pritisnut:

Da bismo odredili X koordinatu, neophodno je povezati kontakt na levoj strani X površine na masu i kontakt na desnoj strani X površine na napon napajanja.

Ovim se omogućuje da se pritiskom na površinu touch panela dobije razdelnik napona čija se vrednost zatim čita sa donjeg kontakta Y površine. Vrednost napona će biti u granicama od 0V do vrednosti napona napajanja i menjaće se u zavisnosti od vrednosti X koordinate. Ukoliko je touch panel pritisnut bliže levom kontaktu X površine vrednost očitanog napona će biti bliža vrednosti 0V.

Da bismo odredili Y koordinatu pritisnute tačke neophodno je povezati kontakt na donjoj strani Y površine na masu, a kontakt na gornjoj strani Y površine na napon napajanja. U ovom slučaju, vrednost napona se čita sa levog kontakta X površne.


18.04.2023



18.04.2023


Kapacitivni sistem: (način rada) U kapacitivnom sistemu, sloj koji sadrži naelektrisanje

stavlja se na staklenu ploču ekrana. Kada korisnik dodirne ekran prstom, mali deo naelektrisanja u sloju na ekranu pređe na korisnika tako da se naelektrisanje u kapacitivnom sloju smanjuje.

Smanjenje se meri u strujnim kolima koja se nalaze u svakom uglu ekrana. Računar izračunava iz razlike naelektrisanja svakog ugla tačnu lokaciju dodira ekrana, te prenosi tu informaciju drajveru.

Kad se ekran ne koristi, elektrode ravnomerno rasporede napon, praveći homogeno polje.


18.04.2023

Touch screen – Case studyKapacitivni sistem: (činjenice) Zbog staklene ploče i okvira koji se postavlja na ekran,

kapacitivni ekran je izdržljiv i otporan na prljavštine, prašinu, masnoću, vodu čime je dobar izbor za zahtevne okoline kao što su prodavnice, mobilni telefoni itd.

Istorijski prva tehnologija touchscreen.ova Razvijeno je nekoliko varijanti

međusobna kapacitivnost (Mutual Capacitance)površinska kapacitivnosti (Surface Capacitance)projektovani kapacitivni dodir (Projected Capacitive

Touch)


18.04.2023

Touch screen – Case study Međusobna kapacitivnost (Mutual

Capacitance)

Princip rada zasniva se na tome što se meri promena električne kapacitivnosti provodnog sloja ili kombinacije dva provodna sloja na ekranu kad se on dodirne rukom ili uzemljenim provodnim predmetom.


18.04.2023

Touch screen – Case study Površinska kapacitivnost (Surface Capacitance) Podrazumeva da postoji jedan naelektrisani provodni sloj

iznad kog je neprovodni čvrsti zaštitni sloj. Dodirom se između provodnog sloja i prsta stvara kondenzator, jer prst igra ulogu druge elektrode.

Merenjem kapacitivnosti između susednih uglova ekrana može se utvrditi mesto dodira.

Ovakav displej je jednostavan i izdržljiv, ali je zbog komplikovane kalibracije i podložnosti smetnjama i parazitnim kapacitivnostima pogodan samo za jednostavnije primene,pr industrijskih kontrolera.

Senzori blizineTaktilni senzorii• Uporedni pregled• Touch screen – Case study

18.04.2023

Touch screen – Case study Projektovani kapacitivni dodir (Projected

Capacitive Touch) Postoje dva sloja koja sadrže mnoštvo paralelnih provodnih

linija ili traka. Slojevi su postavljeni tako da su im linije pod pravim uglom čineći mrežu, a svaki čvor mreže je jedan kondenzator.

Ako se detekcija dodira vrši iz dva koraka (prvo po horizontali a onda po vertikali), u pitanju je tehnologija sopstvene kapacitivnosti (Self-capacitance).

Ideja je da se redom naponski pobuđuju sve horizontalne linije, a onda redom vertikalne linije. Na mestu gde se očitavanje razlikuje, nalazi se prst, koji

je promenio kapacitivnost u okolini dotičnog čvora


18.04.2023

Touch screen – Case studyMultitouch Kod tehnologije međusobne kapacitivnosti (Mutual

Capacitance) (u okviru Projektovanog kapacitivnog dodira) ne ispituju se posebno vertikalne i horizontalne linije, već se redom proverava svaka horizontalna sa svakom vertikalnom linijom.

Na taj način precizno se meri kapacitivnost svakog čvora mreže elektroda, što omogućava da se detektuje više istovremenih dodira.

Ova tehnologija koristi se kod svih modernih mobilnih uređaja sa „multitouch” mogućnošću


18.04.2023


Površinski talasi: Najskuplji, nema degradacije slike moze se bilo čime dotaći Prijemnik je u stanju da kaže da li je talas prekinut i da li je

kontakt zabeležen kao i da ga locira. Predajnik talasa nema metalnih slojeva na ekranu pa se

omogućava 100% svetlosti protoka i savršena jasnoća slike. Ovo čini površinski akustični talas sistem najboljim za

prikazivanje detaljnih grafika (svi prethodni imaju značajnu degradaciju po pitanju slike)


18.04.2023


Infracrveni sistem: Dodir prsta (ili bilo kakvog predmeta) jednostavno se

detektuje na mestu gde su tim dodirom zaklonjeni odgovarajući horizontalni i vertikalni zraci.

Nije potrebna nikakva obrada samog stakla ekrana, a ne smetaju ni prašina ni masni otisci jer infracrveni zraci zapravo ne dodiruju sam ekran.

Nije moguća primena kod malih uređaja zbog glomaznosti sistema i nešto veće potrošnje struje.


18.04.2023


Tehnologija disperzivnog signala: Ovo je najnovija tehnologija, uvedena od 2002. godine. Koristi senzore da detektuje mehaničku energiju u staklu koja nastaje

prilikom dodira ekrana prstom. Kompleksni algoritmi zatim interpretiraju ovu informaciju i izračunavaju

tačnu lokaciju dodira. Ova tehnlogija je otporna na prašinu i spoljne uticaje, uključujući i

ogrebotine. Pošto nema potrebe za dodatnim elementima na ekranu, omogućava

odličnu jasnoću slike tj. najbolju do sada opisanih sistema. Takođe, pošto se mehaničke vibracije koriste za detekciju tačke dodira, bilo koji objekat se može koristiti za generisanje ovih dogadjaja, uključujući prste i olovke.


18.04.2023



18.04.2023



Iphone touch screen Kapacitivni (Multitouch) materijal Ne reaguje na rukavice ili olovku 1. Signali putuju od touch screen.a do procesora

u obliku elektricnih impulsa 2. procesor softverski analizira podatak i

odredjuje veličinu, oblik i lokaciju svakog dodira, ako pomerimo prst procesor ce izračunati razliku izmedju početne i krajnje tačke našeg dodira

3. Procesor kombinuje fizički pomeraj sa informacijom koju aplikaciju koristimo u trenutku dodira ekrana

4. Svi ovi koraci se obave u nanosekundama, a mi imamo doživljaj da se naš zahtev automatski izvršava.

18.04.2023

Literatura

Senzori blizineTaktilni senzori• Literatura

Senzori u robotici, Dr Mladen Popovic Robotika, Prof. Dr Veljko Potkonjak Handbook of Modern Sensors Physics

Designs and Applications, Jacob Fraden Springer Handbook of Robotics 2008,

Siciliano, Khatib electronics.howstuffworks.com sr.wikipedia.org/sr/Ekran_osjetljiv_na_dodir

2 Senzori Blizine i Taktilni Senzori Robota

Documents

Transcript of 2 Senzori Blizine i Taktilni Senzori Robota