وصف
جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية عبارة عن مستشعر يستخدم الصوت بالموجات فوق الصوتية لتحديد الموقع بالصدى لقياس المسافة بين المستشعر والجسم الذي ينعكس الصوت منه. يعد Range Finder أحد أجهزة الاستشعار من سلسلة 3-Wire. يحتوي على كابلين من 3 أسلاك. يوجد كابل "إخراج" باللون الأسود والأحمر والبرتقالي الذي ينبض بالطاقة إلى مكبر صوت بسرعة 40 كيلو هرتز؛ وكابل "إدخال" باللون الأسود والأحمر والأصفر الذي يرسل إشارة من جهاز استقبال الميكروفون عالي التردد. (ملاحظة: يتراوح نطاق السمع الطبيعي عادةً بين 0.02 كيلو هرتز و20 كيلو هرتز، لذا يجب أن يكون الصوت الناتج عن هذا المستشعر أعلى بكثير مما يمكن أن يسمعه معظم الناس.)
المستشعرات ثلاثية الأسلاك متوافقة مع V5 Robot Brain أو Cortex. يمكن تمديد كابلات المستشعر الخاصة بهم باستخدام كابلات تمديد ثلاثية الأسلاك.
لكي يعمل جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية مع V5 Brain، يجب إدخال كابلي المستشعر بالكامل في منافذ V5 Brain ثلاثية الأسلاك. يجب توصيل كابل الإخراج بمنفذ ثلاثي الأسلاك ويجب توصيل كابل الإدخال بالمنفذ التالي المكون من ثلاثة أسلاك.
على سبيل المثال، يمكن توصيل الكابل (الأسود والأحمر والبرتقالي) المسمى "OUTPUT" الموجود على المستشعر بمنفذ ثلاثي الأسلاك A، ومن ثم سيحتاج الكابل (الأسود والأحمر والأصفر) المسمى "INPUT" إلى يتم توصيله بمنفذ ثلاثي الأسلاك B.ملاحظة: ستعمل أزواج محددة فقط من المنافذ (AB، وCD، وEF، وGH).
يتم تضمين جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية في مجموعة أجهزة الاستشعار المتقدمة ويمكن شراؤه أيضًا هنا.
| مكتشف المدى | اثنين من منافذ 3 أسلاك |
كيف يعمل جهاز قياس المدى بالموجات فوق الصوتية
يمكّن مستشعر Ultrasonic Range Finder الروبوت من اكتشاف العوائق في طريقه باستخدام موجات صوتية عالية التردد. يصدر المستشعر موجة صوتية تبلغ 40 كيلو هرتز ترتد من سطح عاكس وتعود إلى المستشعر. بعد ذلك، باستخدام مقدار الوقت الذي تستغرقه الموجة للعودة إلى المستشعر، يمكن حساب المسافة إلى الجسم.
يتراوح النطاق القابل للاستخدام لجهاز Range Finder بين 1.5 بوصة (3.0 سم) و115 بوصة (300 سم). عندما يحاول المستشعر قياس جسم ما عند أقل من 1.5 بوصة، يتردد صدى الصوت بسرعة كبيرة جدًا بحيث يتعذر على المستشعر اكتشافه، وأكثر من 115 بوصة، تكون شدة الصوت ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها.
تؤثر خصائص الموجات الصوتية على هذا النطاق. على سبيل المثال، إذا كان الكائن الذي تم اكتشافه لا يحتوي على سطح صلب (مثل مكعبات القماش الكبيرة المستخدمة في لعبة VRC 2016-2017، ضرب النجمة) فقد يتم امتصاص الموجات الصوتية وقد لا يقوم المستشعر بإرجاع قراءة دقيقة .
بالإضافة إلى ذلك، إذا كان الجسم الذي يتم اكتشافه كرويًا مثل الكرة أو له شكل غير منتظم، فقد تتشتت الموجات الصوتية وتتسبب في إرجاع نطاق واسع من القيم من المستشعر. ومع ذلك، يوفر جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية قياسًا دقيقًا مفيدًا عند استخدامه لقياس المسافة إلى سطح صلب مستو.
يجب إقران جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية بلغة برمجة مثل VEXcode V5أو VEXcode Pro V5 لإنشاء برنامج مستخدم للدماغ لاستخدام قيمة المسافة من المستشعر للتحكم في الروبوت. يمكن لجهاز Range Finder قياس المسافة بالبوصة أو المليمترات.
الاستخدامات الشائعة لجهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية:
يعد جهاز Ultrasonic Range Finder أحد أنواع أجهزة استشعار القرب مما يعني أنه يمكنه اكتشاف كائن دون لمسه. وهذا يعني أن المستشعر يمكنه اكتشاف أي عائق في طريق الروبوت قبل الاصطدام به. تتضمن بعض الأمثلة لكيفية استخدام جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية ما يلي:
تجنب العوائق: من خلال الاكتشاف المبكر لجسم ما، يمكن برمجة الروبوت للتوقف أو الدوران لتجنب العائق، سواء كان هذا العائق عنصرًا ميدانيًا أو قطعة لعبة أو روبوت آخر.
تستخدم العديد من السيارات أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية للكشف عن الأشياء في مساراتها وتنبيه السائق أو اتخاذ إجراءات مراوغة.
التحكم بالإيماءات: أحد الأنشطة المثيرة للاهتمام في الفصل الدراسي هو توجيه جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية بحيث يمكن تحريك اليد ضمن نطاق مسافة معينة من المستشعر. عندما يكتشف الروبوت هذه الحركة يمكنه تغيير سلوكه. على سبيل المثال، يمكن استخدام هذا كحدث حيث لن يتحرك الروبوت حتى يتم التلويح باليد فوق المستشعر. تحتوي معظم ألعاب الروبوتات على قواعد محددة تحظر هذا النوع من التفاعل البشري مع الروبوت خلال فترة المباراة المستقلة.
التنقل: يمكن استخدام جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية لحلقة التحكم في ردود الفعل للتحكم في سلوك الروبوت. يمكن أن تكون هذه سلوكيات مثل التحرك لمسافة معينة بعيدًا عن الحائط والتوقف، أو التحرك لمسافة معينة نحو الحائط ثم الاستدارة للسير في اتجاه مختلف، أو التوقف على المسافة الصحيحة من جسم ما بحيث تكون الذراع والمخلب على بعد مسافة قصيرة. الموضع الصحيح لالتقاط الكائن.
عندما يستخدم الروبوت جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية للتنقل، فقد يكون من المفيد استخدام عنصر تحكم متناسب في ردود الفعل. وهذا يعني أن الخطأ (الفرق بين المسافة المستهدفة للروبوت والمسافة الفعلية) يُستخدم لضبط النسبة المئوية للطاقة لنظام نقل الحركة.
يؤدي ذلك إلى تباطؤ الروبوت كلما اقترب من المسافة المطلوبة (لأن الخطأ أصغر) حتى يصل إلى مسافة الهدف المحددة ويتوقف. ستساعد هذه التقنية الروبوت على تجاوز المسافة المستهدفة وهو ما يمكن أن يحدث إذا كانت سرعة سفره سريعة جدًا.
استخدامات أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية على روبوت المنافسة:
يمكن أن تكون أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية مفيدة للغاية عند استخدامها على الروبوتات المنافسة. بالإضافة إلى تجنب العوائق والملاحة التي تم ذكرها بالفعل، يمكن تركيب زوج من أجهزة تحديد المدى على الروبوت للقيام ببعض السلوكيات المتقدمة. يجب تثبيت هذين المستشعرين على نفس الجانب من الروبوت وفصلهما بمسافة، مثل وضعهما على زوايا متقابلة من جانب الهيكل.
التوجيه والاستهداف: عندما يتم تركيب جهازي تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية مع وجود مسافة بينهما، يمكن لكل منهما قياس المسافتين إلى الجدار المحيط بالميدان أو عناصر الحقل المسطحة الأخرى. باستخدام المسافة المحددة بين المستشعرات وأي فرق بين المسافتين المقاستين، يمكن لـ V5 Brain حساب الزاوية التي يوجهها الروبوت بالنسبة إلى الجدار.
يمكن استخدام هذه القياسات لضبط زاوية الروبوت قبل أن يبدأ خطوته التالية من المسار المستقل، أو يمكن استخدامها لاستهداف وضبط مناور الرمي مثل دولاب الموازنة قبل أن يطلق قطعة اللعبة الخاصة به.
التحقق الثانوي: باستخدام نفس التقنية الموضحة للتوجيه والاستهداف، يمكن استخدام جهازي تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية لقياس زاوية الروبوت. في هذه الحالة، يمكن استخدام الزاوية للتحقق من قراءة قياس المستشعر الأساسي (مثل مستشعر الدوران/القصور الذاتي) عند نقطة محددة أثناء مسار مستقل معقد.
إذا أشارت أجهزة تحديد المدى إلى أن الروبوت قد انحرف عن اتجاهه المتوقع، فيمكن تعديل الروبوت وإعادة معايرته باستخدام قراءتي أجهزة تحديد المدى قبل أن يواصل طريقه باستخدام المستشعر الأساسي.
سواء تم استخدام جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية لسلوك بسيط مثل التوقف مسافة 10 بوصات من الجدار المحيط أو وظيفة معقدة للغاية مثل تسديد الكرة بدقة لضرب العلم من جميع أنحاء الملعب، فإن خصائص الموجات الصوتية هي الأساس من الضروري مراعاة قياس المستشعر. بمعنى آخر، عند قياس المسافات إلى الأسطح المستديرة أو غير المنتظمة أو الناعمة الماصة، لا تتوقع أن تكون القيم الصادرة عن جهاز Ultrasonic Range Finder متسقة أو دقيقة.
كما هو الحال مع معظم أجهزة الاستشعار، يتم استخدام أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية في المقام الأول أثناء الجزء المستقل من المباراة، ولكن مع بعض التفكير الإبداعي، يمكن للفرق العليا استخدام أجهزة الاستشعار لتعزيز تحكم السائق في الروبوت.