03 Semana 3

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Semana 3: 
Sistemas de Sensado
CURSO: ROBÓTICA
CICLO: IX
SEMESTRE: 2021-2
DOCENTE: ING. ANGEL MARTHANS RUIZ, MG.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA AMAZONÍA PERUANA
FACULTAD DE INGENIERÍA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA
Sistemas de Sensado
1. Sistemas de Sensado
a. Sensores Propioceptivos
b. Sensores Exteroceptivos
2. Sistemas de Control
3. Ejemplos
Sistemas de Sensado
¿Qué es Sensar?
 Obtener información de fenómenos físicos
 Un sensor permite la percepción interna (del robot mismo) o externa (del entorno)
 La base del sensado es el principio de transducción.
Sistemas de sensado = Sistemas de percepción
Forma de 
energía A
Forma de 
energía BConversión
Sistemas de Sensado
Transducción
Es la transformación de un tipo de energía en señal eléctrico o viceversa por medio de un 
transductor. Los principios de transducción son el fundamento físico sobre el cual se asienta la 
conversión de una magnitud física a otra
Sistemas de Sensado
Sensores con principios de transducción:
Sistemas de Sensado
Sensores con principios de transducción:
Sistemas de Sensado
Sensores con principios de transducción:
Sistemas de Sensado
Sensores con principios de transducción:
Sistemas de Sensado
Sensores con principios de transducción:
Sistemas de Sensado
Sensores con principios de transducción:
Sistemas de Sensado
Sensores con principios de transducción:
Sistemas de Sensado
Sensores con principios de transducción:
Sistemas de Sensado
Sensores con principios de transducción:
Sistemas de Sensado
Clasificación de sensores en Robótica
A. Según lo que miden
1. Propioceptivos: Estado interno del robot (posición, velocidad, torque de 
articulaciones, aceleración de eslabones, orientación del robot, temperatura 
del robot, etc)
2. Exteroceptivos: Entorno del robot, mejoran su autonomía (fuerza/torque, 
distancia a objetos, intensidad de luz, etc)
B. Según cómo lo miden
1. Pasivos: Usan la energía del ambiente. (Cámara)
2. Activos: Emiten energía y miden la reacción (Sensor ultrasonido)
Sistemas de Sensado
Principales sensores en Robótica
• Posición:
• Posición lineal del eje: potenciómetro lineal, LVDT, inductosyn
• Posición angular del eje: encoder, potenciómetro, resolver, sincro
• Posición del sistema: GPS, USBL, beacons RF, motion capture
• Velocidad:
• Velocidad del eje: tacómetro
• Velocidad angular del sistema: giroscopio
• Velocidad lineal del sistema: sensor de efecto Doppler
Sistemas de Sensado
Principales sensores en Robótica
• Aceleración Lineal (del sistema):
• Acelerómetro
• Orientación e Inclinación (del sistema):
• Inclinómetro, magnetómetro, brújula, unidad de medida inercial (IMU)
• Fuerza:
• Galga extensiométrica
Sistemas de Sensado
Principales sensores en Robótica
• Distancia (rango, proximidad, profundidad):
• Basados en triangulación: triangulación óptica, luz estructurada
• Basados en tiempo de vuelo (ToF): ultrasonido, sensor láser (LiDAR), cámaras ToF
• Basados en efecto Doppler: radar
• Binarios: sensor infrarrojo
• Imágenes:
• Cámaras (RGB, RGBD), cámaras catadióptricas
• Otros sensores:
• De toque (bumpers), de temperatura, de luz, etc.
Sistemas de Sensado
Propiedades de sistemas de medición
• Exactitud: Concordancia de los valores medidos con los valores reales (una referencia)
• Precisión: Medidas similares en diferentes mediciones (de lo mismo)
• Estabilidad: Mantener las mismas mediciones en el tiempo
Sistemas de Sensado
Propiedades de sistemas de medición
• Exactitud en Robótica: 
• Cuán cerca se llega a un punto deseado (el robot móvil o el efector final de un 
manipulador)
• Depende de: 
• Imprecisiones del modelo (parámetros físicos del robot, flexibilidad no modelada, 
etc.)
• Cambios en la carga
• Errores numéricos en el control (redondeos)
Sistemas de Sensado
Propiedades de sistemas de medición
• Precisión en Robótica: 
• En varios intentos, cuán cerca se retorna a un mismo punto (el robot móvil o el 
efector final de un manipulador)
• Depende de:
• Ruido en sensores y actuadores
• Resolución de los sensores y actuadores
• Los fabricantes de robots industriales suelen brindar este parámetro
Sistemas de Sensado
Propiedades de sistemas de medición
• Error lineal
• Desviación máxima con respecto a la línea que mejor se ajusta a los datos
• Error de sesgo (“offset” o “bias”)
• Medida cuando la entrada (el estímulo físico) es 0
• Error de resolución
• Variación máxima de la entrada que no modifica la medición (salida)
Sensores Propioceptivos
Sensores de Posición (eje del motor)
Proveen: señal eléctrica proporcional al desplazamiento (lineal o angular) del eje 
del motor
 Desplazamiento Lineal
• Potenciómetro lineal: 
• Varían la resistencia según el desplazamiento
• LVDT (linear variable differential transformers)
• Varía el voltaje según el desplazamiento (del núcleo)
• Un núcleo ferromagnético se desplaza entre bobinas
• El voltaje inducido cambia según la posición del núcleo
Sensores Propioceptivos
Inductosyn (de Farrand Industries)
• Llamado “regla magnética”
• La parte móvil se desliza sobre la parte fija variando el voltaje (y fase)
• Existe un patrón periódico
Sensores Propioceptivos
Sensores de Posición (eje del motor)
 Desplazamiento Angular
• Potenciómetros: variación de resistencia proporcional al giro del eje
• Resolvers (resolutor)
• El eje (rotor) se encuentra energizado (“transformador”)
• Induce un campo magnético en bobinados (seno y coseno)
• Voltajes inducidos determinan la posición del eje
Sensores Propioceptivos
• Sincros (synchros)
◦ Es un transformador: un devanado rota (es el eje)
◦ Configuración usual: primario (rotor) monofásico, secundario (estator) trifásico
• Encoders: son sensores digitales
En robótica, los más usados son los encoders (absolutos e incrementales)
• Los desplazamientos lineales suelen ser obtenidos mediante transmisión (usando motores 
angulares)
Sensores Propioceptivos: Posición 
(motor)
• Encoders
• Mide: posición (y velocidad) del eje del motor
• Es un disco giratorio con sectores transparentes y opacos alternados, en múltiples 
pistas (encoder óptico)
Principio:
Sensores Propioceptivos: Posición 
(motor)
• Encoders Absolutos
• Posición absoluta codificada digitalmente
• Usualmente usa código Gray (solo 1 bit cambia en lecturas sucesivas)
• Resolución
• Si hay N pistas (N bits)
• Posibles combinaciones: 2N
• Resolución es
• En robótica usualmente N > 12
• Ejemplo: Determinar la resolución (en grados) del siguiente encoder absoluto
Sensores Propioceptivos: Posición 
(motor)
• Encoders Absolutos
Sensores Propioceptivos: Posición 
(motor)
• Encoders Incrementales
Sensores Propioceptivos: Posición 
(motor)
• Encoders Incrementales
TTL = Transistor-Transistor 
Logic
Sensores Propioceptivos: Velocidad 
angular
• Giroscopio
Sensores Propioceptivos: Aceleración 
lineal
• Acelerómetro
Sensores Propioceptivos: Unidad de 
Medida Inercial
• IMU
Sensores Exteroceptivos
Sensores de Fuerza/Torque
Sensores Exteroceptivos
Sensores de Fuerza/Torque
Sensores Exteroceptivos
Sensores de Fuerza/Torque
Sensores Exteroceptivos
Sensores de Proximidad
Sensores Exteroceptivos
Cámaras
Sensores Exteroceptivos
Otros Sensores
Sensores Exteroceptivos
Otros Sensores
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	Sensores Propioceptivos
	Sensores Propioceptivos
	Sensores Propioceptivos
	Sensores Propioceptivos
	Sensores Propioceptivos: Posición (motor)
	Sensores Propioceptivos: Posición (motor)
	Sensores Propioceptivos: Posición (motor)
	Sensores Propioceptivos: Posición (motor)
	Sensores Propioceptivos: Posición (motor)Sensores Propioceptivos: Velocidad angular
	Sensores Propioceptivos: Aceleración lineal
	Sensores Propioceptivos: Unidad de Medida Inercial
	Sensores Exteroceptivos
	Sensores Exteroceptivos
	Sensores Exteroceptivos
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