Beschreibung
Der Ultraschall-Entfernungsmesser ist ein Sensor, der Ultraschall zur Echoortung nutzt, um den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt zu messen, von dem der Schall reflektiert wird. Der Entfernungsmesser ist einer der Sensoren der 3-Draht-Serie. Es verfügt über zwei 3-adrige Kabel. Es gibt ein schwarzes, rotes und orangefarbenes „Ausgangs“-Kabel, das einen 40-kHz-Lautsprecher mit Strom versorgt; und ein schwarz-rot-gelbes „Eingangskabel“, das ein Signal von seinem Hochfrequenz-Mikrofonempfänger zurücksendet. (Hinweis: Der normale Hörbereich liegt typischerweise zwischen 0,02 kHz und 20 kHz, daher sollte der von diesem Sensor erzeugte Ton deutlich über dem liegen, was die meisten Menschen hören können.)
Die 3-Draht-Sensoren sind kompatibel mit dem V5 Robot Brain oder dem Cortex. Ihre Sensorkabel können verlängert werden mit 3-adrigen Verlängerungskabeln.
Damit der Ultraschall-Entfernungsmesser mit dem V5 Brain funktioniert, müssen beide Sensorkabel vollständig in die 3-Draht-Anschlüsse des V5 Brain eingesteckt sein. Das Ausgangskabel muss an einen 3-Draht-Anschluss angeschlossen werden und das Eingangskabel muss an den nächsten 3-Draht-Anschluss angeschlossen werden.
Beispielsweise könnte das (schwarze, rote und orange) Kabel mit der Aufschrift „OUTPUT“ am Sensor an den 3-Draht-Anschluss A angeschlossen werden, und dann muss das (schwarze, rote und gelbe) Kabel mit der Aufschrift „INPUT“ angeschlossen werden an den 3-Draht-Port B angeschlossen werden.Hinweis: Es funktionieren nur bestimmte Portpaare (AB, CD, EF und GH).
Der Ultraschall-Entfernungsmesser ist im Advanced Sensor Kit enthalten und kann auch hiererworben werden.
| Entfernungsmesser | Zwei 3-Draht-Anschlüsse |
So funktioniert der Ultraschall-Entfernungsmesser
Der Ultraschall-Entfernungsmessersensor ermöglicht es einem Roboter, mithilfe hochfrequenter Schallwellen Hindernisse auf seinem Weg zu erkennen. Der Sensor sendet eine 40-kHz-Schallwelle aus, die von einer reflektierenden Oberfläche reflektiert wird und zum Sensor zurückkehrt. Anhand der Zeit, die die Welle benötigt, um zum Sensor zurückzukehren, kann dann die Entfernung zum Objekt berechnet werden.
Der nutzbare Bereich des Entfernungsmessers liegt zwischen 1,5 Zoll (3,0 cm) und 115 Zoll (300 cm). Wenn der Sensor versucht, ein Objekt in einer Entfernung von weniger als 1,5 Zoll zu messen, wird der Schall zu schnell zurückgeworfen, als dass der Sensor ihn erkennen könnte, und weit über 115 Zoll hinaus ist die Intensität des Schalls zu schwach, um ihn zu erkennen.
Die Eigenschaften von Schallwellen wirken sich auf diesen Bereich aus. Wenn das erkannte Objekt beispielsweise keine harte Oberfläche hat (z. B. die großen Stoffwürfel, die im VRC-Spiel Star Strike 2016–2017 verwendet wurden), werden die Schallwellen möglicherweise absorbiert und der Sensor liefert möglicherweise keinen genauen Messwert .
Wenn das erkannte Objekt außerdem kugelförmig oder unregelmäßig geformt ist, können die Schallwellen gestreut werden und dazu führen, dass der Sensor eine große Bandbreite an Werten zurückgibt. Der Ultraschall-Entfernungsmesser liefert jedoch eine nützliche und genaue Messung, wenn er zum Messen der Entfernung zu einer flachen, harten Oberfläche verwendet wird.
Der Ultraschall-Entfernungsmesser muss mit einer Programmiersprache wie VEXcode V5oder VEXcode Pro V5 gekoppelt werden, um ein Benutzerprogramm für das Gehirn zu erstellen, das den Entfernungswert vom Sensor zur Steuerung des Roboters verwendet. Der Entfernungsmesser kann Entfernungen in Zoll oder Millimetern messen.
Häufige Einsatzmöglichkeiten eines Ultraschall-Entfernungsmessers:
Ein Ultraschall-Entfernungsmesser ist eine Art Näherungssensor, der ein Objekt erkennen kann, ohne es zu berühren. Dies bedeutet, dass der Sensor ein Hindernis auf dem Weg des Roboters erkennen kann, bevor er darauf trifft. Einige Beispiele für die Verwendung eines Ultraschall-Entfernungsmessers sind:
Hindernisvermeidung: Durch frühzeitige Erkennung eines Objekts kann ein Roboter so programmiert werden, dass er anhält oder sich dreht, um dem Hindernis auszuweichen, unabhängig davon, ob es sich bei diesem Hindernis um ein Feldelement, eine Spielfigur oder einen anderen Roboter handelt.
Ultraschall-Entfernungsmesser werden von vielen Autos verwendet, um Objekte auf ihrem Weg zu erkennen und den Fahrer zu warnen oder Ausweichmanöver einzuleiten.
Gestensteuerung: Eine interessante Unterrichtsaktivität besteht darin, den Ultraschall-Entfernungsmesser so auszurichten, dass eine Hand innerhalb eines bestimmten Entfernungsbereichs zum Sensor bewegt werden kann. Wenn der Roboter diese Bewegung erkennt, kann er sein Verhalten ändern. Dies könnte beispielsweise als Ereignis genutzt werden, bei dem sich der Roboter nicht bewegt, bis eine Hand über den Sensor geschwenkt wird. In den meisten Robotikspielen gibt es spezielle Regeln, die diese Art menschlicher Interaktion mit dem Roboter während der autonomen Phase des Spiels verbieten.
Navigation: Ein Ultraschall-Entfernungsmesser kann als Rückkopplungsregelkreis verwendet werden, um das Verhalten des Roboters zu steuern. Dabei kann es sich um Verhaltensweisen wie das Bewegen um eine bestimmte Entfernung von einer Wand und das Anhalten, das Bewegen um eine bestimmte Entfernung auf eine Wand und das anschließende Drehen in eine andere Richtung oder das Anhalten im richtigen Abstand vor einem Objekt handeln, sodass sich Arm und Klaue gerade befinden die richtige Position, um das Objekt aufzunehmen.
Wenn ein Roboter zum Navigieren einen Ultraschall-Entfernungsmesser verwendet, kann es hilfreich sein, eine proportionale Rückkopplungssteuerung zu verwenden. Dies bedeutet, dass der Fehler (die Differenz zwischen der Zielentfernung des Roboters und seiner tatsächlichen Entfernung) verwendet wird, um die prozentuale Leistung des Antriebsstrangs anzupassen.
Dies führt dazu, dass der Roboter langsamer wird, je näher er seiner gewünschten Entfernung kommt (da der Fehler kleiner ist), bis er die angegebene Zielentfernung erreicht und anhält. Diese Technik verhindert, dass der Roboter die Zielentfernung überschreitet, was passieren kann, wenn seine Fahrgeschwindigkeit zu hoch ist.
Einsatzmöglichkeiten von Ultraschall-Entfernungsmessern an einem Wettbewerbsroboter:
Ultraschall-Entfernungsmesser können beim Einsatz an einem Wettbewerbsroboter äußerst nützlich sein. Zusätzlich zur bereits erwähnten Hindernisvermeidung und Navigation kann für einige erweiterte Verhaltensweisen ein Paar Entfernungsmesser am Roboter montiert werden. Diese beiden Sensoren müssen auf derselben Seite des Roboters und mit einem gewissen Abstand montiert werden, beispielsweise indem sie an gegenüberliegenden Ecken der Seite eines Fahrgestells platziert werden.
Ausrichtung und Ausrichtung: Wenn zwei Ultraschall-Entfernungsmesser mit Abstand zueinander montiert werden, können sie jeweils die beiden Abstände zur Begrenzungswand des Feldes oder anderen flachen Feldelementen messen. Anhand des eingestellten Abstands zwischen den Sensoren und der Differenz zwischen den beiden gemessenen Abständen kann das V5 Brain den Winkel berechnen, in dem der Roboter in Bezug auf die Wand ausgerichtet ist.
Diese Messungen können verwendet werden, um den Winkel des Roboters anzupassen, bevor er seinen nächsten Schritt auf dem autonomen Weg beginnt, oder sie können verwendet werden, um einen Wurfmanipulator wie ein Schwungrad anzuvisieren und anzupassen, bevor er seine Spielfigur abfeuert.
Sekundäre Überprüfung: Mit der gleichen Technik wie für die Ausrichtung und Zielausrichtung beschrieben, können zwei Ultraschall-Entfernungsmesser verwendet werden, um den Winkel des Roboters zu messen. In diesem Fall kann der Winkel verwendet werden, um den Messwert eines Primärsensors (z. B. eines Gyro-/Trägheitssensors) an einem bestimmten Punkt während eines komplexen autonomen Pfads zu überprüfen.
Wenn die Entfernungsmesser anzeigen, dass der Roboter von seiner erwarteten Ausrichtung abgewichen ist, kann der Roboter mithilfe der Messwerte der beiden Entfernungsmesser angepasst und neu kalibriert werden, bevor er seinen Weg mithilfe des Primärsensors fortsetzt.
Ob ein Ultraschall-Entfernungsmesser für ein einfaches Verhalten wie das Anhalten 10 Zoll von der Begrenzungsmauer oder für eine sehr komplexe Funktion wie das präzise Schießen eines Balls, um eine Flagge von der anderen Seite des Spielfelds zu treffen, verwendet wird, die Eigenschaften von Schallwellen bilden die Grundlage der Sensormessung müssen berücksichtigt werden. Mit anderen Worten: Wenn Sie Entfernungen zu runden, unregelmäßig geformten oder weichen absorbierenden Oberflächen messen, können Sie nicht erwarten, dass die Werte des Ultraschall-Entfernungsmessers konsistent oder genau sind.
Wie die meisten Sensoren werden Ultraschall-Entfernungsmesser hauptsächlich während des autonomen Teils eines Spiels eingesetzt. Mit etwas kreativem Denken können Spitzenteams jedoch Sensoren verwenden, um die Kontrolle des Roboters durch den Fahrer zu verbessern.