Beschreibung
Der Line Tracker ist ein analoger Sensor, der aus einer Infrarot-LED und einem Infrarot-Lichtsensor besteht. Es verfügt über ein einziges Montageloch und ist für die Montage unter dem Chassis eines Roboters konzipiert. Der Line Tracker ermöglicht es einem Roboter, einem vorab markierten Pfad zu folgen. Es handelt sich um einen der Sensoren der 3-Draht-Serie.
Die 3-Draht-Sensoren sind mit dem V5 Robot Brain oder dem Cortex kompatibel. Ihr Sensorkabel kann mit einem 3-adrigen Verlängerungskabelverlängert werden.
Damit der Line Tracker mit dem V5 Brain funktioniert, muss das Sensorkabel in einen 3-Draht-Anschluss des V5 Brain werden.
Der Line Tracker ist im Advance Sensor Kit oder im 3er-Pack erhältlich und kann hier erworben werden.
| Linien-Tracker | Sensorkabel vollständig eingesteckt |
So funktioniert der Line Tracker
Der Line Tracker funktioniert, indem er eine Oberfläche mit seiner Infrarotlicht-LED beleuchtet und dann der Infrarotlichtsensor die reflektierte Infrarotstrahlung misst. Anhand der Intensität der reflektierten Strahlung kann der Line Tracker ermitteln, wie hell oder dunkel die Oberfläche unter dem Sensor ist.
Hellfarbige Oberflächen reflektieren mehr Infrarotlicht als dunkle Oberflächen und erscheinen für den Sensor heller. Dadurch kann der Sensor eine dunkle Linie auf einer hellen Oberfläche oder eine blasse Linie auf einer dunklen Oberfläche erkennen.
Der Line Tracker ist ein analoger Sensor, was bedeutet, dass der Infrarotsensor abhängig von der reflektierten Infrarotstrahlung einen Spannungswert zwischen 0 V und 5 V an das V5-Gehirn zurückgibt. Das V5-Gehirn wandelt diesen Wert dann in einen Prozentsatz des Reflexionsvermögens um. Diese Art der Messung erfordert einen angemessenen Schwellenwert für die Differenz zwischen den Reflexionsschattierungen, um einer Linie erfolgreich folgen zu können.
Beispielsweise folgt der Line Tracker nicht einem Streifen schwarzen Isolierbands, der auf den dunkelgrauen VEX-Wettbewerbsfeldkacheln angebracht ist, da der Sensor Reflexionsprozentsätze zurückgibt, die für einen Differenzschwellenwert zu nahe beieinander liegen. Ein Streifen weißes Isolierband auf den VEX-Wettbewerbsfeldplättchen sorgt jedoch für einen großen Unterschied in den Werten und einen ausreichenden Schwellenwert für den Roboter, um das Band zu verfolgen.
Der Line Tracker muss mit einer Programmiersprache wie VEXcode V5oder VEXcode Pro V5 gekoppelt werden, um ein Benutzerprogramm für das Gehirn zu erstellen, das den Wert des Prozentsatzes des Reflexionsvermögens zur Steuerung des Roboters verwendet.
Hinweis: Der Block (Reflektivität von) gibt eine andere Version des Line Tracker-Werts zurück als der Messwert auf dem V5-Dashboard.
Platzierung der Sensoren
Die Platzierung der Line Tracker ist entscheidend für die Funktion der Sensoren. Der Bereich für den Line Tracker beträgt etwa 0,02 bis 0,25 Zoll über der Oberfläche, die er misst. Seine optimale Empfindlichkeit liegt bei 3 mm (ca. ⅛“) und der Sensor sollte so nah wie möglich an diesem Abstand von der Oberfläche platziert werden.
Die Platzierung eines Line Trackers an einem Roboter über 0,25 Zoll (z. B. die Anbringung des Sensors direkt unter einem Antriebsstrang mit 4-Zoll-Rädern) führt aufgrund der geringen Intensität der reflektierten Infrarotstrahlung zu sehr schlechten Werten.
Zusätzlich zum Abstand über der Oberfläche, in dem der Sensor platziert wird, muss auch der Abstand vom Drehpunkt des Roboters berücksichtigt werden. Typischerweise liegt dieser Drehpunkt bei einem Roboter mit Allradantrieb in der Mitte des Roboters und bei einem Roboter mit Zweiradantrieb in der Mitte zwischen den beiden Rädern.
Je näher der Line Tracker am Drehpunkt platziert wird, desto mehr muss der Roboter schwenken, um den Sensor zu verschieben. Allerdings ist es möglich, die Line Tracker zu weit vom Drehpunkt entfernt zu platzieren, sodass nur eine leichte Drehung erforderlich ist, um den Sensor zu verschieben.
Die Reaktionszeit für den Line-Tracker beträgt 50 Hz. Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Roboters zu groß ist und der Sensorabstand zum Drehpunkt des Roboters groß ist, reicht die Reaktionszeit des Line Trackers möglicherweise nicht aus, damit der Sensor einer Linie folgen kann.
Es ist außerdem zu beachten, dass die minimale Linienbreite, die der Line Tracker erkennen kann, 0,25 Zoll beträgt.
Häufige Verwendungszwecke des Line Trackers:
Line Tracker können als einzelne Einheit, als Line Tracker-Paar oder als Set aus drei Line Trackern zum Verfolgen einer Linie verwendet werden.
Einzelgerät: Ein Einzellinien-Tracker ist im Allgemeinen so programmiert, dass er sich in Richtung einer Linie dreht, bis er die Linie erkennt. Dann dreht sich der Roboter von der Linie weg, bewegt sich leicht nach vorne und dreht sich dann wieder zurück zur Linie.
Dadurch entsteht eine sehr langsame, ruckartige Bewegung entlang der Linie. Es ist jedoch die am einfachsten zu verwendende Programmierlogik, da sie nur eine einzelne Rückkopplungskontrollbedingung überprüft: Wird die Leitung erkannt oder nicht?
Paar Linienverfolger: Zwei Linienverfolger können so montiert werden, dass der Abstand zwischen ihnen etwas größer ist als die Breite der Linie, der sie folgen. Der Roboter wird mit einem Sensor auf jeder Seite der Linie platziert. Wenn einer der Line Tracker die Linie erkennt, veranlasst das Benutzerprogramm den Roboter, die Linie zwischen den beiden Sensoren erneut zu drehen.
Dieser Aufbau sorgt für eine sanftere Bewegung des Roboters. Damit dieses Setup funktioniert, ist jedoch eine fortgeschrittenere Programmierung erforderlich.
Dreier-Set: Eine Reihe von drei Linien-Trackern kann montiert werden, sodass der mittlere Tracker die Linie erkennen kann und die beiden seitlichen Tracker genau versetzt zu jeder Seite der Linie montiert werden. Sobald in diesem Setup der mittlere Sensor die Linie nicht erkennt und einer der Seitensensoren die Linie erkennt, dreht sich der Roboter, um die Linie wieder unter den mittleren Sensor zu bringen.
Der Hauptvorteil des Satzes aus drei Line Trackern gegenüber einem Sensorpaar besteht darin, dass der Roboter so programmiert werden kann, dass er stoppt, wenn alle drei Line Tacker keine Linie erkennen. Sobald der Roboter angehalten hat, kann er mit dem Hin- und Herscannen beginnen und versuchen, die Linie erneut zu finden. Dieser Aufbau erfordert drei Rückkopplungsregelkreise und mehrere unterschiedliche Bedingungen, was ihn zur komplexesten Logik der drei Optionen macht.
| Linienerkennung mit einem Set aus drei Line Trackern |
Andere Verwendungen
Alle drei Line-Tracker-Setups können verwendet werden, um sich geradeaus vorwärts zu bewegen, bis sie eine Linie erkennen und dann anhalten.
Das Line Tracker-Paar und das Dreierset können so programmiert werden, dass sie einer Linie folgen und eine Querlinie erkennen. Mit Querlinien entlang der Hauptlinienstrecke kann das Verhalten des Roboters verändert werden. Wenn die Fahrfläche beispielsweise mit einem Liniengitter markiert ist, könnte der Roboter so programmiert werden, dass er einer Linie folgt, drei Gitterkreuzlinien erkennt und dann an der vierten Kreuzlinie nach rechts abbiegt, um dieser Linie zu folgen.
Einsatzmöglichkeiten von Line Trackern an einem Wettbewerbsroboter:
Jedes Jahr wird auf dem Spielfeld des VEX-Robotikwettbewerbs ein anderer Satz weißer Isolierbandlinien angebracht. Diese markieren normalerweise verschiedene Zonen auf dem Spielfeld. Die Leitungen können auch während der autonomen Zeit von den Line Trackern genutzt werden. Zu den Verwendungszwecken der Feldlinien zählen unter anderem:
Punkte: Die Line Tracker eines Roboters können Torlinien auf dem Spielfeld verwenden, um Punktezonen zu erkennen und sich dann darauf auszurichten, um Spielobjekte in den Bereich zu punkten, wie zum Beispiel mit den Torlinien im Spiel Nothing But Net aus den Jahren 2015–2016.
Spielsteine finden: Oftmals werden Spielsteine entlang einer Feldlinie gefunden. Mit den Line Trackern können Sie einer Linie folgen, um eine Spielfigur zu finden, sie aufzunehmen und dann zu punkten. Ein Beispiel hierfür waren die großen Stoffwürfel, die während des Spiels Starstruck 2016–2017 auf der Linie zwischen der Nahzone und der Fernzone platziert wurden.
Ausrichtung: Linie Tracker können verwendet werden, um einen Roboter entlang einer Feldlinie auszurichten, um eine Aufgabe auszuführen oder seine Position auf dem Feld neu zu kalibrieren. Im Spiel „Turning Point“ von 2018–2019 könnten die Erweiterungszonenlinien dazu verwendet werden, den Roboter so auszurichten, dass die Caps eine hohe Punktzahl erzielen könnten.
Navigation: Wie bereits erwähnt, können Line Tracker verwendet werden, um einer Linie zu folgen oder den Roboter anzuhalten, wenn eine Linie erkannt wird. Ein Beispiel hierfür könnte im Spiel Tower Takeover von 2019–2020 verwendet worden sein. Linienverfolger hätten einen Roboter daran hindern können, die autonome Linie zu überschreiten und den autonomen Bonus ihrer Allianz zu verlieren.
Objekterkennung: Ein Line Tracker kann bündig zwischen zwei strukturellen Metallteilen in einer Klaue, einem Fördersystem oder einem Schiebesystem montiert werden. Wenn ein Spielstein über den Line Tracker gleitet, kann der Sensor das Objekt erkennen.
Bei vielen Spielen gibt es Hindernisse auf dem Spielfeld, an denen Line Tracker hängen bleiben können. Daher ist es wichtig, dies bei der Entwicklung des Roboters zu berücksichtigen. Wenn Sie die Line Tracker beispielsweise direkt zwischen einem Satz Räder platzieren, können Sie sie über die meisten Hindernisse transportieren.