Relative Helligkeitsdetektion in der Robotik

Relative Sensorik

Die einfachste Methode eine relative Helligkeitsdetektion bei einem Roboter zu erreichen ist eine direkte physikalische Umsetzung. Dazu kombiniert man zwei oder mehrere Sensoren mit unterschiedlichen Erfassungsbereichen in Gruppen. Anstatt absolute und unabhängige Helligkeitswerte, erhalten wir damit relative Helligkeitsinformationen über die Umgebung.

Das neben abgebildete Vehikel verfügt über zwei kombinierte Helligkeitssensoren bzw. eine Sensorgruppe. Dabei wird das Verhältnis der beiden Helligkeiten gebildet. Der relative Sensorwert wirkt dabei auf die Geschwindigkeit des einen Motors verstärkend und auf die des anderen hemmend. Bei gleichmäßiger Beleuchtung drehen die Motoren gleich schnell. Im Unterschied zu den klassischen Braitenberg-Vehikeln wird dieses jedoch weder langsamer noch schneller, wenn es sich einer Lichtquelle nähert. 

Unabhängig davon, ob man Fotowiderständen, Fotodioden oder Fototransistoren verwenden möchte, kann eine solche Kombination der Lichtsensoren am einfachsten durch deren Reihenschaltung als Spannungsteiler realisiert werden. Im Allgemeinen erhält man somit aus n Sensoren bis zu n-1 relative Helligkeitswerte. Detaillierte Informationen über Ausführungsformen derartiger Sensorgruppen sind in unserem Patent „Verbesserte Steuerung für sich autonom fortbewegende Roboter“ (Nr. DE 102013104578 B3) nachzulesen.

Einsatzmöglichkeiten

Die Schaltung des varikabo Roboters mit 3 schwenkbaren Sensoren
Die Schaltung des varikabo Roboters mit 3 schwenkbaren Sensoren

Unsere analogen Roboterbausätze (varikabi und varikabo) verwenden drei Fototransistoren (FT), wobei mit dem mittleren Sensor die Geschwindigkeit des Vehikels variiert werden kann. Anders als bei den klassischen Braitenberg Vehikel ermöglicht die relative Sensorik nicht nur verschiedene Verhaltensweisen bezogen auf eine nahe Lichtquelle. Je nach Ausrichtung der Sensoren und  je nach Verschaltung von Sensorsignalen und Motoren sind verschiedenste Anwendungen realisierbar.

Die Vehikel können somit auch Linien am Boden oder Gegenstände, die durch geringe Helligkeitsunterschiede detektiert werden, verfolgen oder ausweichen.