Proprioception

• Detto anche: Self-Awareness, Body Sense
• Categoria: Sensing › Proprioceptive
• Tag: sensors, internal-state

Il senso interno che un robot ha della posizione e del movimento del proprio corpo.

Definizione

La propriocezione è la percezione che un robot ha della posizione e del movimento del proprio corpo, analoga alla propriocezione umana. Si ottiene tramite encoder dei giunti, sensori di forza e IMU. È fondamentale per l'equilibrio, il rilevamento delle collisioni e il movimento coordinato.

Perché è importante

La propriocezione è il senso che un robot ha del proprio corpo (posizioni dei giunti, velocità, coppie e contatti), distinta dall'esterocezione, che percepisce il mondo esterno. Conta perché è il segnale rapido, affidabile e sempre disponibile su cui poggia tutto il resto: le telecamere possono essere accecate e il LiDAR può essere ingannato, ma gli encoder dei giunti e le correnti dei motori continuano a fornire dati. I controllori di equilibrio, il controllo di forza e il rilevamento delle collisioni funzionano principalmente sulla propriocezione, a frequenze che nessuna pipeline di visione può eguagliare.

Applicazioni principali

• Controllo dell'equilibrio e della postura nei robot con zampe e in quelli autobilanciati
• Rilevamento delle collisioni da coppie impreviste nei giunti, senza sensori aggiuntivi
• Controllo di forza e controllo di impedenza per compiti ricchi di contatti
• Stima dello stato, fornendo il segnale interno rapido su cui si basa la fusione
• Monitoraggio della sicurezza, rilevando stalli, sovraccarichi e resistenze impreviste
• Policy apprese, in cui lo stato dei giunti costituisce il nucleo dell'osservazione

In pratica

L'anello di equilibrio di un robot quadrupede gira a centinaia di hertz usando soltanto la IMU e il feedback dei giunti, mentre la visione fornisce solo una guida più lenta e di livello superiore. Sui bracci, è la propriocezione a rendere possibile il rilevamento delle collisioni senza sensori: una coppia imprevista in un giunto, ricavata dalla corrente del motore, indica un contatto senza alcun sensore di forza dedicato. Per lo stesso motivo gli attuatori reversibili contano così tanto: un giunto con riduttore ad alto rapporto nasconde le forze di contatto dietro l'attrito, mentre un quasi-direct drive permette di avvertirle.

Idee sbagliate comuni

• La propriocezione riguarda solo gli angoli dei giunti: anche velocità, coppia, corrente e stato di contatto ne fanno parte
• La visione può sostituirla: le telecamere sono troppo lente e troppo facilmente occluse per gli anelli di controllo interni
• Richiede sensori dedicati: buona parte viene ricavata dagli encoder degli attuatori e dalla corrente dei motori
• La propriocezione è precisa per natura: ingranaggi, attrito e flessioni si frappongono tra il sensore e la realtà fisica

Chi dovrebbe saperlo

• Chiunque realizzi anelli di controllo dell'equilibrio o della forza
• Ingegneri che devono decidere se un giunto necessita di un sensore di coppia dedicato
• Sviluppatori che progettano gli spazi di osservazione per le policy apprese
• Studenti che studiano la distinzione tra percezione interna ed esterna
• Chiunque implementi il rilevamento delle collisioni senza hardware aggiuntivo

Tecnologie correlate

• Unità di misura inerziale (IMU)
• Sensore di coppia nel giunto
• Encoder rotativo
• Stima dello stato
• Attuatore cedevole
• Filtro di Kalman
• Sensore di forza/coppia
• Controllo del corpo intero

Termini correlati

• Encoder
• IMU

Progetti correlati

• Gazebo: Industry-standard open-source robotics simulator with multi-physics and ROS integration

Video

• Robot Self Awareness: The Key To Proprioception: Robotics Education