وصف
جهاز Line Tracker عبارة عن مستشعر تناظري يتكون من مصباح LED بالأشعة تحت الحمراء ومستشعر للضوء بالأشعة تحت الحمراء. يحتوي على فتحة تثبيت واحدة وهو مصمم ليتم تركيبه تحت هيكل الروبوت. يتيح جهاز Line Tracker للروبوت اتباع مسار محدد مسبقًا. إنه أحد أجهزة الاستشعار من سلسلة 3-Wire.
تتوافق المستشعرات ثلاثية الأسلاك مع V5 Robot Brain أو Cortex. يمكن تمديد كابل المستشعر الخاص بهم باستخدام كابل تمديد 3 أسلاك.
لكي يعمل Line Tracker مع V5 Brain، يجب أن يكون كابل المستشعر بالكامل مُدخلًا في منفذ V5 Brain ثلاثي الأسلاك.
يأتي جهاز تعقب الخط في مجموعة أجهزة الاستشعار المتقدمة أو مجموعة من 3 قطع ويمكن شراؤها هنا.
| متتبع الخط | كابل المستشعر مُدرج بالكامل |
كيف يعمل متتبع الخط
يعمل جهاز Line Tracker عن طريق إضاءة السطح باستخدام ضوء LED بالأشعة تحت الحمراء ومن ثم يقوم مستشعر ضوء الأشعة تحت الحمراء بقياس الأشعة تحت الحمراء المنعكسة. واستنادًا إلى شدة الإشعاع المنعكس، يمكن لجهاز Line Tracker تحديد مدى سطوع أو قتامة السطح الموجود أسفل المستشعر.
ستعكس الأسطح ذات الألوان الفاتحة ضوء الأشعة تحت الحمراء أكثر من الأسطح الداكنة وستبدو أكثر سطوعًا للمستشعر. يتيح ذلك للمستشعر اكتشاف خط داكن على سطح شاحب، أو خط شاحب على سطح داكن.
جهاز Line Tracker عبارة عن مستشعر تناظري مما يعني أن مستشعر الأشعة تحت الحمراء سيعيد قيمة تتراوح بين 0 فولت و5 فولت من الجهد إلى دماغ V5 اعتمادًا على الأشعة تحت الحمراء المنعكسة. يقوم V5 Brain بعد ذلك بتحويل هذه القيمة إلى نسبة انعكاسية. يتطلب هذا النوع من القياس عتبة كافية للفرق بين ظلال الانعكاسية من أجل متابعة الخط بنجاح.
على سبيل المثال، لن يتبع جهاز Line Tracker شريطًا من الشريط الكهربائي الأسود الموضوع على بلاط حقل المنافسة VEX ذو اللون الرمادي الداكن لأن المستشعر سيعيد نسب الانعكاس قريبة جدًا من بعضها البعض بحيث لا تمثل عتبة الاختلاف. ومع ذلك، فإن وجود شريط من الشريط الكهربائي الأبيض على بلاط ساحة المنافسة VEX سيوفر فرقًا كبيرًا في القيم وعتبة مناسبة للروبوت لتتبع الشريط.
يحتاج Line Tracker إلى إقرانه بلغة برمجة مثل VEXcode V5أو VEXcode Pro V5 لإنشاء برنامج مستخدم للدماغ لاستخدام القيمة من نسبة الانعكاس للتحكم في الروبوت.
ملاحظة: ستعيد كتلة (انعكاس) نسخة مختلفة من قيمة Line Tracker عن القراءة الموجودة على لوحة معلومات V5.
وضع أجهزة الاستشعار
يعد وضع أجهزة تتبع الخط أمرًا بالغ الأهمية لوظيفة المستشعرات. يتراوح نطاق جهاز Line Tracker من 0.02 بوصة إلى 0.25 بوصة تقريبًا فوق السطح الذي يقيسه. تبلغ حساسيتها المثلى 3 مم (حوالي ⅛ بوصة) ويجب وضع المستشعر بالقرب من هذه المسافة من السطح قدر الإمكان.
سيؤدي وضع جهاز تعقب الخط على الروبوت الذي يزيد طوله عن 0.25 بوصة (مثل توصيل المستشعر مباشرةً أسفل مجموعة نقل الحركة باستخدام عجلات مقاس 4 بوصات) إلى مجموعة سيئة جدًا من القيم نظرًا لانخفاض مستوى كثافة الأشعة تحت الحمراء المنعكسة.
بالإضافة إلى المسافة فوق السطح الذي تم وضع المستشعر فيه، يجب مراعاة المسافة من نقطة محور دوران الروبوت. عادةً ما تكون هذه النقطة المحورية في وسط الروبوت بالنسبة لروبوت الدفع الرباعي وتتمركز بين عجلتي الروبوت ذو الدفع الثنائي.
كلما اقترب جهاز تعقب الخط من النقطة المحورية، زادت حاجة الروبوت إلى الدوران المحوري لإزاحة المستشعر. ومع ذلك، من الممكن وضع أجهزة تتبع الخط بعيدًا جدًا عن النقطة المحورية، حيث لن تكون هناك حاجة إلا إلى محور بسيط لإزاحة المستشعر.
زمن الاستجابة لمتعقب الخط هو 50 هرتز. إذا كانت سرعة سفر الروبوت كبيرة جدًا، بالإضافة إلى مسافة مستشعر كبيرة من النقطة المحورية للروبوت، فقد لا يكون وقت استجابة جهاز تعقب الخط كبيرًا بما يكفي لكي يتتبع المستشعر الخط.
تجدر الإشارة أيضًا إلى أن الحد الأدنى لعرض الخط الذي يمكن لـ Line Tracker اكتشافه هو 0.25 بوصة.
الاستخدامات الشائعة لمتتبع الخط:
يمكن استخدام أجهزة تعقب الخط كوحدة واحدة، أو زوج من أجهزة تعقب الخط، أو كمجموعة من ثلاثة أجهزة تعقب الخط لتتبع الخط.
وحدة واحدة: تتم برمجة جهاز تعقب الخط الواحد بشكل عام للتوجه نحو الخط حتى يكتشف الخط. ثم يبتعد الروبوت عن الخط ويتحرك للأمام قليلًا ثم يعود للخلف باتجاه الخط.
ينتج عن هذا حركة بطيئة للغاية ومتشنجة على طول الخط. ومع ذلك، فهو منطق البرمجة الأسهل للاستخدام لأنه يتحقق فقط من شرط واحد للتحكم في ردود الفعل: هل تم اكتشاف الخط أم لا؟
زوج من أجهزة تتبع الخط: يمكن تركيب جهازي تتبع الخطين بحيث تكون المسافة التي تفصل بينهما أوسع قليلاً من عرض الخط الذي يتبعونه. يتم وضع الروبوت مع جهاز استشعار على كل جانب من الخط. عندما يكتشف أي من أجهزة تتبع الخط الخط، فإن برنامج المستخدم يجعل الروبوت يدير الخط بين المستشعرين مرة أخرى.
ينتج عن هذا الإعداد حركة أكثر سلاسة للروبوت. ومع ذلك، يحتاج هذا الإعداد إلى برمجة أكثر تقدمًا حتى يعمل.
| كشف الخط مع مجموعة من ثلاثة أجهزة تتبع الخط |
مجموعة من ثلاثة: يمكن تركيب سلسلة من ثلاثة أجهزة تتبع الخط حتى يتمكن جهاز التتبع المركزي من اكتشاف الخط ويتم تركيب جهازي التتبع الجانبيين على كل جانب من جانبي الخط. في هذا الإعداد، بمجرد عدم اكتشاف المستشعر المركزي للخط واكتشاف أحد المستشعرات الجانبية للخط، سيستدير الروبوت لإعادة الخط أسفل المستشعر المركزي.
الميزة الرئيسية لمجموعة أجهزة تتبع الخط الثلاثة مقارنة بزوج من أجهزة الاستشعار هي: إذا لم تكتشف أجهزة تتبع الخط الثلاثة خطًا، فيمكن برمجة الروبوت لإيقافه. بمجرد توقف الروبوت، يمكنه البدء في المسح ذهابًا وإيابًا في محاولة للعثور على الخط مرة أخرى. يتطلب هذا الإعداد ثلاث حلقات للتحكم في ردود الفعل والعديد من الشروط المختلفة مما يجعله المنطق الأكثر تعقيدًا بين الخيارات الثلاثة.
استخدامات أخرى
يمكن استخدام جميع إعدادات Line Tracker الثلاثة للتحرك للأمام بشكل مستقيم حتى يتم اكتشاف خط ثم التوقف.
يمكن برمجة زوج من أجهزة تعقب الخطوط ومجموعة من الثلاثة لتتبع خط واكتشاف خط متقاطع. يمكن استخدام الخطوط المتقاطعة على طول مسار الخط الرئيسي لتغيير سلوك الروبوت. على سبيل المثال، إذا تم تحديد سطح السفر بشبكة من الخطوط، فمن الممكن برمجة الروبوت لمتابعة خط ما، واكتشاف ثلاثة خطوط متقاطعة في الشبكة، ثم الانعطاف إلى اليمين عند الخط المتقاطع الرابع لمتابعة هذا الخط.
استخدامات متتبعات الخطوط على الروبوتات المنافسة:
يتم وضع مجموعة مختلفة من خطوط الشريط الكهربائي الأبيض في ميدان اللعب الخاص بمسابقة VEX Robotics Competition كل عام. وهذه عادة ما تشير إلى مناطق مختلفة في الميدان. يمكن أيضًا استخدام الخطوط بواسطة Line Trackers أثناء الفترة المستقلة. تتضمن بعض أنواع استخدامات خطوط المجال ما يلي:
التسجيل: يمكن لمتتبعي الخطوط في الروبوت استخدام خطوط المرمى في الملعب لاكتشاف مناطق التسجيل ثم محاذاتها لتسجيل أهداف اللعبة في المنطقة، كما هو الحال مع خطوط المرمى في لعبة 2015-2016، Nothing But Net.
تحديد موقع قطع اللعبة: في كثير من الأحيان يتم العثور على قطع اللعبة على طول خط الميدان. يمكن استخدام متتبعات الخط لتتبع خط لتحديد قطعة اللعبة، والتقاطها، ثم تسجيل النقاط. ومن الأمثلة على ذلك مكعبات القماش الكبيرة التي تم وضعها على الخط الفاصل بين المنطقة القريبة والمنطقة البعيدة خلال لعبة Starstruck لعام 2016-2017.
المحاذاة: يمكن استخدام متتبعات الخطوط لمحاذاة الروبوت على طول خط الحقل لأداء بعض المهام أو إعادة معايرة موضعه في الحقل. في لعبة Turning Point لعام 2018-2019، يمكن استخدام خطوط منطقة التوسع لمحاذاة الروبوت حتى يتمكن Caps من الحصول على نقاط عالية.
التنقل: كما ذكرنا سابقًا، يمكن استخدام متتبعات الخطوط لمتابعة خط أو إيقاف الروبوت عند اكتشاف خط. كان من الممكن استخدام مثال على ذلك في لعبة Tower Takeover لعام 2019-2020، حيث كان بإمكان Line Trackers منع الروبوت من المرور فوق Autonomous Line وخسارة مكافأة Autonomous Bonus الخاصة بتحالفهم.
اكتشاف الكائنات: يمكن تركيب جهاز تعقب الخطوط بشكل مسطح بين قطعتين من المعدن الهيكلي داخل مخلب أو نظام ناقل أو نظام انزلاق. عندما تنزلق قطعة اللعبة فوق متعقب الخط، يمكن للمستشعر اكتشاف الكائن.
تحتوي العديد من الألعاب على عقبات في الميدان والتي يمكن أن يتعثر فيها Line Trackers، لذلك من المهم أخذ ذلك في الاعتبار عند تصميم الروبوت. على سبيل المثال، يمكن أن يساعد وضع Line Trackers مباشرة بين مجموعة من العجلات في حملها فوق معظم العوائق.