Popis
Optický kodér hřídele je digitální snímač, který měří rotaci hřídele pomocí vnitřního kodéru. Pouzdro kodéru optického hřídele má tři štěrbinové montážní otvory, které umožňují snadnou montáž na konstrukci robota.
Pouzdro má také odnímatelný kryt, který umožňuje čištění a kontrolu vnitřního disku kodéru. Uprostřed pouzdra je centrální náboj kotouče kodéru. Tento náboj umožňuje vložení čtyřhranného hřídele skrz něj a jak se hřídel otáčí, otáčí se vnitřním kotoučem kodéru.
| "Horní" a "Spodní" kabely |
Optický Shaft Encoder je jedním z řady 3-Wire snímačů. Ze strany krytu snímače vedou dva 3vodičové kabely. „Horní“ kabel je kabel nejblíže k montážnímu otvoru krytu a „Spodní“ kabel je ten, který je nejblíže středovému náboji kodéru.
Tento 3-vodičový senzor je kompatibilní s V5 Robot Brain nebo Cortex. Kabely snímače lze prodloužit pomocí 3-Wire Extension Cables.
Aby byl kodér optického hřídele funkční s V5 Brain, musí být oba kabely snímače plně zasunuty do 3-vodičových portů V5 Brain. Chcete-li měřit rotaci hřídele ve směru hodinových ručiček jako kladný/dopředný směr, „horní“ kabel musí být zapojen do 3-vodičového portu a „dolní“ kabel musí být zapojen do nejbližšího vyššího po sobě jdoucího 3-vodičového portu. Poznámka: Fungovat budou pouze určité dvojice portů (AB, CD, EF a GH).
Například „horní“ kabel na senzoru lze zapojit do 3-vodičového portu A a potom bude nutné „dolní“ kabel zapojit do 3-vodičového portu B. Senzor bude fungovat, pokud budou tyto kabely obráceny , avšak otáčení ve směru hodinových ručiček bude měřeno jako záporný/reverzní směr.
Optický kodér se dodává v sadě Advance Sensor Kit nebo je k dispozici jako 2-balení a lze jej zakoupit zde.
| Optický hřídelový kodér | 3-drátové porty |
Jak funguje kodér optického hřídele:
Jak již bylo zmíněno dříve, kodér optického hřídele má vnitřní disk kodéru s centrálním nábojem pro vložení hřídele, který se bude otáčet, když se hřídel otáčí. Disk má po obvodu disku malé štěrbiny.
| Disk kodéru optického hřídele |
Nad jednou stranou okraje disku jsou dva kanály IR LED světel a na druhé straně dva kanály IR světelných senzorů. Světlo je blokováno, když se disk otáčí z jednoho slotu do druhého. Když k tomu dojde, senzor to detekuje a vyšle digitální signální puls do mozku V5. Tento impuls indikuje, že se hřídel otočil o jednu drážku. K dispozici je 90 slotů, takže 90 pulzů znamená, že hřídel provedl 1 úplnou rotaci.
| Fázový diagram signálových kanálů |
Dva kanály snímače jsou nastaveny tak, že jejich signální impulsy jsou mimo fázi o 90o. To umožňuje signálům z kodéru optického hřídele indikovat, kterým směrem se kotouč/hřídel kodéru otáčí.
Například, pokud fáze má kanál jedna jako hlavní impuls, mozek V5 to přečte, když se hřídel otáčí ve směru hodinových ručiček; nebo pokud je úvodní impuls z kanálu dva, znamená to otáčení proti směru hodinových ručiček. To nejen umožňuje V5 Brain určit směr otáčení hřídele, ale také umožňuje Brain přidávat nebo odečítat hodnoty pro čistou hodnotu toho, o kolik se hřídel otočil.
| Určení vzdálenosti |
Kodér optického hřídele musí být spárován s programovacím jazykem, jako je VEXcode V5 nebo VEXcode Pro V5, aby se vytvořil uživatelský program pro mozek, který bude využívat signální impulsy k řízení chování robota.
V5 Brain ve shodě s uživatelským programem lze použít k převodu impulsů z kodéru optického hřídele na směr otáčení hřídele, velikost otáčení hřídele a rychlost otáčení hřídele. Pokud je velikost hnacích kol robota zahrnuta v uživatelském programu, vzdálenost, kterou robot urazí, a rychlost robota lze také určit/řídit pomocí senzoru.
| Vnitřek kodéru optického hřídele |
Poznámka: Pokud se štěrbiny disku kodéru v kodéru optického disku zanesou prachem a nečistotami, údaje snímače již nebudou přesné. Je dobrým zvykem občas sejmout kryt z pouzdra a pomocí stlačeného vzduchu vyfouknout uvolněný materiál z vnitřku snímače.
Běžná použití kodéru s optickým hřídelem:
Jak již bylo zmíněno, optický kodér hřídele může měřit směr otáčení hřídele, velikost otáčení hřídele a rychlost otáčení hřídele. Inteligentní motory V5 však mají také vynikající interní enkodéry, které dokážou měřit stejné hodnoty bez požadavku na další snímač. Nicméně existují některé aplikace, ve kterých může kodér optického hřídele poskytnout cenné údaje. Některé příklady:
Vizualizace hodnot programu: V rámci nastavení učebny může optický kodér hřídele poskytnout snadný přístup k hodnotám otáčení hřídele nebo rychlosti hřídele. Ať už je hřídel použita na manipulátoru, jako je rameno nebo pro kolo na hnacím ústrojí, hodnoty shromážděné ze senzoru lze vytisknout na barevnou dotykovou obrazovku V5 Brain nebo LED displej ovladače V5. To umožní studentům přímo vidět hodnoty, které jejich uživatelské programy využívají ke změně chování robota.
Odečet vstupního/výstupního poměru: Dalším skvělým využitím kodéru optického hřídele ve třídě je studium řetězového kola a převodových poměrů. Optický kodér hřídele lze umístit na výstupní hřídel „hnané“ strany převodového poměru řetězové kolo/převod. Poměr přenosu výkonu 1:1 lze použít k zaznamenání očekávané výstupní hodnoty pro kodér optického hřídele, když je inteligentní motor V5 nastaven na určitý výkon/otáčky pro „hnací“ stranu vstupního hřídele. Potom lze sestavit různé poměry a očekávaný výstup pro poměr lze porovnat s odečtem pro skutečný výstup.
Testování na rampě: Zábavnou aktivitou při průzkumu ve třídě je nechat studenty sestavit „volně se pohybující“ vozík. Na vozík lze umístit řídicí systém V5 a na jednu z hřídelí vozíku se vloží optický kodér hřídele. Poté lze vytvořit uživatelský program, který vytiskne několik rychlostí vozíku, když se sjíždí po rampě. Studenti pak mohou změnit různé aspekty rampy nebo vozíku a porovnat výsledky vozíku sjíždějícího po rampě s další iterací.
Použití kodéru optického hřídele na soutěžním robotu:
Rychlost setrvačníku: Některé pokročilé konstrukce setrvačníku používají k pohonu setrvačníku rohatkový systém, který hází herní kouli. To se děje tak, že zatímco motor V5 Smart Motor nepřivádí energii na setrvačník, setrvačník se může volně otáčet, aniž by ztrácel energii z odporu motoru. V tomto typu konstrukce může být dobrou metodou pro jeho měření optický kodér hřídele vložený na hřídel setrvačníku. Poznámka: Maximální rozsah pro přesné měření rychlosti otáčení hřídele je kolem 1100 ot./min.
| Izolované kolo/kodér optického hřídele na sestavě kola s pružinou |
Izolované kolo/kodér optického hřídele: Může nastat případ (tlačení herních figurek nebo jiné faktory), kdy robot může zaznamenat prokluzování hnacího kola. Jakmile začnou prokluzovat kola poháněná inteligentním motorem V5, hodnoty z enkodérů motoru již nejsou platné. V tomto případě lze k podvozku robota přidat izolované všesměrové kolo s optickým kodérem hřídele na jeho hřídeli, aby bylo možné přesně měřit pohyb robota. Je vhodné mít tuto sestavu kola „pružinu“ zatíženou pomocí gumových pásků nebo latexových hadiček. Tato konstrukce umožní měřicímu kolu udržovat odpovídající kontakt s povrchem pole bez zvednutí hnacích kol z podlahy.
| Izolované kolo/kodér optického hřídele |
Pokud má hnací ústrojí kola, která nejsou poháněna motorem, další možností by bylo umístit kodér optického hřídele na jeden z těchto hřídelů kola.
Bez ohledu na to, v jaké aplikaci je třeba změřit směr otáčení hřídele, velikost otáčení hřídele nebo rychlost otáčení hřídele, může optický kodér hřídele poskytnout přesný a účinný snímač pro měření.