Περιγραφή
Το Υπερηχητικό Αποστασιόμετρο είναι ένας αισθητήρας που χρησιμοποιεί υπερηχητικό ήχο για ηχοεντοπισμό, ώστε να μετρήσει την απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου από το οποίο ανακλάται ο ήχος. Το Range Finder είναι ένας από τους αισθητήρες της σειράς 3-Wire. Διαθέτει δύο καλώδια 3 συρμάτων. Υπάρχει ένα μαύρο, κόκκινο και πορτοκαλί καλώδιο «εξόδου» που διοχετεύει παλμικά ρεύμα σε ένα ηχείο 40KHz, και ένα μαύρο, κόκκινο και κίτρινο καλώδιο «εισόδου» που στέλνει σήμα πίσω από τον δέκτη μικροφώνου υψηλής συχνότητας. (Σημείωση: το φυσιολογικό εύρος ακοής κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 0,02 KHz και 20 KHz, επομένως ο ήχος που παράγεται από αυτόν τον αισθητήρα θα πρέπει να είναι πολύ υψηλότερος από αυτόν που μπορούν να ακούσουν οι περισσότεροι άνθρωποι.)
Οι αισθητήρες 3 καλωδίων είναι συμβατοί με τον εγκέφαλο ρομπότ V5 ή τον φλοιό. Τα καλώδια των αισθητήρων τους μπορούν να επεκταθούν χρησιμοποιώντας Καλώδια Επέκτασης 3 συρμάτων.
Για να λειτουργήσει το Υπερηχητικό Αποστασιόμετρο με το V5 Brain, και τακαλώδια των αισθητήρων πρέπει να εισαχθούν στις θύρες του V5 Brain. Το καλώδιο εξόδου πρέπει να συνδεθεί σε μια θύρα 3 καλωδίων και το καλώδιο εισόδου πρέπει να συνδεθεί στην επόμενη διαδοχική θύρα 3 καλωδίων.
Για παράδειγμα, το καλώδιο (μαύρο, κόκκινο και πορτοκαλί) με την ένδειξη «OUTPUT» στον αισθητήρα θα μπορούσε να συνδεθεί στη θύρα 3 καλωδίων A και, στη συνέχεια, το καλώδιο (μαύρο, κόκκινο και κίτρινο) με την ένδειξη «INPUT» θα πρέπει να συνδεθεί στη θύρα 3 καλωδίων B.Σημείωση: θα λειτουργήσουν μόνο συγκεκριμένα ζεύγη θυρών (AB, CD, EF και GH).
Το Υπερηχητικό Τηλέμετρο περιλαμβάνεται στο Κιτ Προηγμένων Αισθητήρων και μπορεί επίσης να αγοραστεί εδώ.
| Αποστασιόμετρο | Δύο θύρες 3 καλωδίων |
|---|---|
Πώς λειτουργεί το υπερηχητικό αποστασιόμετρο
Ο αισθητήρας υπερηχητικού αποστασιόμετρου επιτρέπει σε ένα ρομπότ να ανιχνεύει εμπόδια στην πορεία του χρησιμοποιώντας ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας. Ο αισθητήρας εκπέμπει ένα ηχητικό κύμα 40KHz το οποίο ανακλάται από μια ανακλαστική επιφάνεια και επιστρέφει στον αισθητήρα. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τον χρόνο που χρειάζεται το κύμα για να επιστρέψει στον αισθητήρα, μπορεί να υπολογιστεί η απόσταση από το αντικείμενο. Αυτή η διαδικασία φαίνεται στην παρακάτω κινούμενη εικόνα.
Η χρησιμοποιήσιμη εμβέλεια του αποστασιόμετρου κυμαίνεται μεταξύ 3,0 cm και 300 cm. Όταν ο αισθητήρας επιχειρεί να μετρήσει ένα αντικείμενο σε απόσταση μικρότερη από 1,5", ο ήχος αντηχεί πολύ γρήγορα για να τον ανιχνεύσει ο αισθητήρας και πολύ πέρα από τα 115", η ένταση του ήχου είναι πολύ αδύναμη για να ανιχνευθεί.
Οι ιδιότητες των ηχητικών κυμάτων επηρεάζουν αυτό το εύρος. Για παράδειγμα, εάν το αντικείμενο που ανιχνεύεται δεν έχει σκληρή επιφάνεια (όπως οι μεγάλοι κύβοι από ύφασμα που χρησιμοποιήθηκαν στο παιχνίδι VRC του 2016-2017, Star Strike), τα ηχητικά κύματα ενδέχεται να απορροφηθούν και ο αισθητήρας ενδέχεται να μην επιστρέψει ακριβή ένδειξη
Επιπλέον, εάν το αντικείμενο που ανιχνεύεται είναι σφαιρικό σαν μπάλα ή έχει ακανόνιστο σχήμα, τα ηχητικά κύματα ενδέχεται να διασκορπιστούν και να προκαλέσουν την επιστροφή ενός ευρέος φάσματος τιμών από τον αισθητήρα. Ωστόσο, το Υπερηχητικό Αποστασιόμετρο παρέχει μια χρήσιμη και ακριβή μέτρηση όταν χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της απόστασης από μια επίπεδη και σκληρή επιφάνεια.
Το Υπερηχητικό Αποστασιόμετρο πρέπει να συνδυαστεί με μια γλώσσα προγραμματισμού όπως η VEXcode V5ή η VEXcode Pro V5 για να δημιουργηθεί ένα πρόγραμμα χρήστη για τον εγκέφαλο, ώστε να χρησιμοποιεί την τιμή απόστασης από τον αισθητήρα για τον έλεγχο του ρομπότ. Το Rangefinder μπορεί να μετρήσει απόσταση σε ίντσες ή χιλιοστά.
Κοινές χρήσεις ενός υπερηχητικού αποστασιόμετρου:
Ένας Υπερηχητικός Τηλεμετρητής είναι ένας τύπος αισθητήρα εγγύτητας που σημαίνει ότι μπορεί να ανιχνεύσει ένα αντικείμενο χωρίς να το αγγίξει. Αυτό σημαίνει ότι ο αισθητήρας μπορεί να ανιχνεύσει ένα εμπόδιο στην πορεία του ρομπότ πριν το χτυπήσει. Μερικά παραδείγματα για το πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα υπερηχητικό αποστασιόμετρο περιλαμβάνουν:
Αποφυγή εμποδίων: Με την έγκαιρη ανίχνευση ενός αντικειμένου, ένα ρομπότ μπορεί να προγραμματιστεί να σταματήσει ή να στρίψει για να αποφύγει το εμπόδιο, είτε αυτό το εμπόδιο είναι ένα στοιχείο πεδίου, ένα πιόνι παιχνιδιού ή κάποιο άλλο ρομπότ.
Τα υπερηχητικά αποστασιόμετρα χρησιμοποιούνται από πολλά αυτοκίνητα για την ανίχνευση αντικειμένων στην πορεία τους και την ειδοποίηση του οδηγού ή την αποφυγή τους. Η παρακάτω κινούμενη εικόνα δείχνει το Υπερηχητικό Τηλέμετρο να χρησιμοποιείται για την αποφυγή πρόσκρουσης με το αυτοκίνητο σε τοίχο.
Έλεγχος χειρονομιών: Μια ενδιαφέρουσα δραστηριότητα στην τάξη είναι ο προσανατολισμός του Υπερηχητικού Τηλεμετρητή έτσι ώστε ένα χέρι να μπορεί να κινηθεί εντός μιας συγκεκριμένης απόστασης από τον αισθητήρα. Όταν το ρομπότ ανιχνεύσει αυτήν την κίνηση, μπορεί να αλλάξει τη συμπεριφορά του. Για παράδειγμα, αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ένα συμβάν όπου το ρομπότ δεν θα κινηθεί μέχρι να κουνηθεί το χέρι του πάνω από τον αισθητήρα. Τα περισσότερα παιχνίδια ρομποτικής έχουν συγκεκριμένους κανόνες που απαγορεύουν αυτό το είδος ανθρώπινης αλληλεπίδρασης με το ρομπότ κατά τη διάρκεια της αυτόνομης περιόδου του αγώνα.
Πλοήγηση: Ένας Υπερηχητικός Τηλεμετρητής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για έναν βρόχο ελέγχου ανάδρασης για τον έλεγχο της συμπεριφοράς του ρομπότ. Αυτό θα μπορούσε να είναι συμπεριφορές όπως η απομάκρυνση σε μια ορισμένη απόσταση από έναν τοίχο και η στάση, η κίνηση σε μια ορισμένη απόσταση προς έναν τοίχο και στη συνέχεια η στροφή για να ταξιδέψει σε διαφορετική κατεύθυνση ή η στάση στη σωστή απόσταση από ένα αντικείμενο, ώστε ένα χέρι και ένα νύχι να βρίσκονται ακριβώς στη σωστή θέση για να σηκώσουν το αντικείμενο. Δείτε την παρακάτω κινούμενη εικόνα για να δείτε το Υπερηχητικό Αποστασιόμετρο να χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ενός αντικειμένου μπροστά από το δάχτυλο και στη συνέχεια να το σηκώσει.
Όταν ένα ρομπότ χρησιμοποιεί ένα Υπερηχητικό Αποστασιόμετρο για πλοήγηση, μπορεί να είναι χρήσιμο να χρησιμοποιήσετε έναν αναλογικό έλεγχο ανάδρασης. Αυτό σημαίνει ότι το σφάλμα (η διαφορά μεταξύ της στοχευμένης απόστασης του ρομπότ και της πραγματικής του απόστασης) χρησιμοποιείται για την προσαρμογή της ποσοστιαίας ισχύος στο σύστημα μετάδοσης κίνησης.
Αυτό προκαλεί την επιβράδυνση του ρομπότ καθώς πλησιάζει στην επιθυμητή απόσταση (επειδή το σφάλμα είναι μικρότερο) μέχρι να φτάσει στην καθορισμένη απόσταση-στόχο και να σταματήσει. Αυτή η τεχνική θα βοηθήσει το ρομπότ να μην υπερβεί την απόσταση-στόχο, κάτι που μπορεί να συμβεί εάν η ταχύτητα κίνησης του είναι πολύ υψηλή
Χρήσεις υπερηχητικών αποστασιόμετρων σε ρομπότ αγώνων:
Τα υπερηχητικά αποστασιόμετρα μπορούν να είναι εξαιρετικά χρήσιμα όταν χρησιμοποιούνται σε ένα ρομπότ αγώνων. Εκτός από την αποφυγή εμποδίων και την πλοήγηση που έχουν ήδη αναφερθεί, ένα ζεύγος μετρητών απόστασης μπορεί να τοποθετηθεί στο ρομπότ για ορισμένες προηγμένες συμπεριφορές. Αυτοί δύο αισθητήρες θα πρέπει να τοποθετηθούν στην ίδια πλευρά του ρομπότ και να χωριστούν σε απόσταση μεταξύ τους, όπως τοποθετώντας τους σε αντίθετες γωνίες της πλευράς ενός πλαισίου.
Προσανατολισμός και στόχευση: Όταν δύο Υπερηχητικά Τηλέμετρα είναι τοποθετημένα με συγκεκριμένη απόσταση μεταξύ τους, το καθένα μπορεί να μετρήσει τις δύο αποστάσεις από τον περιμετρικό τοίχο του πεδίου ή άλλα επίπεδα στοιχεία πεδίου. Χρησιμοποιώντας την καθορισμένη απόσταση μεταξύ των αισθητήρων και οποιαδήποτε διαφορά μεταξύ των δύο μετρούμενων αποστάσεων, το V5 Brain μπορεί να υπολογίσει τη γωνία προσανατολισμού του ρομπότ σε σχέση με τον τοίχο
Αυτές οι μετρήσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη ρύθμιση της γωνίας του ρομπότ πριν ξεκινήσει το επόμενο βήμα της αυτόνομης διαδρομής ή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη στόχευση και τη ρύθμιση ενός χειριστή ρίψης, όπως ενός σφονδύλου, πριν ρίξει το πιόνι του. Δείτε την παρακάτω κινούμενη εικόνα για να δείτε το Υπερηχητικό Αποστασιόμετρο συνδεδεμένο σε έναν βραχίονα ρομπότ για να τοποθετήσει με ακρίβεια ένα αντικείμενο παιχνιδιού σε έναν στόχο.
Δευτερεύουσα επαλήθευση: Χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνική που περιγράφεται για τον προσανατολισμό και τη στόχευση, μπορούν να χρησιμοποιηθούν δύο Υπερηχητικά Αποστασιόμετρα για τη μέτρηση της γωνίας του ρομπότ. Σε αυτήν την περίπτωση, η γωνία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επαλήθευση της ένδειξης μιας μέτρησης πρωτεύοντος αισθητήρα (όπως ένας γυροσκοπικός/αδρανειακός αισθητήρας) σε ένα καθορισμένο σημείο κατά τη διάρκεια μιας σύνθετης αυτόνομης διαδρομής.
Εάν τα Αποστασιόμετρα υποδείξουν ότι το ρομπότ έχει αποκλίνει από τον αναμενόμενο προσανατολισμό του, το ρομπότ μπορεί να ρυθμιστεί και να επαναβαθμονομηθεί χρησιμοποιώντας τις μετρήσεις των δύο Αποστασιόμετρων πριν συνεχίσει την πορεία του χρησιμοποιώντας τον κύριο αισθητήρα.
Είτε ένα Υπερηχητικό Αποστασιόμετρο χρησιμοποιείται για μια απλή συμπεριφορά, όπως η στάση 10 ιντσών από τον περιμετρικό τοίχο, είτε για μια πολύ σύνθετη λειτουργία, όπως η ακριβής βολή μιας μπάλας για να χτυπήσει μια σημαία από την άλλη άκρη του γηπέδου, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι ιδιότητες των ηχητικών κυμάτων, οι οποίες αποτελούν τη βάση της μέτρησης του αισθητήρα. Με άλλα λόγια, όταν μετράτε αποστάσεις σε στρογγυλές, ακανόνιστου σχήματος ή μαλακές απορροφητικές επιφάνειες, μην περιμένετε οι τιμές από το Υπερηχητικό Τηλέμετρο να είναι συνεπείς ή ακριβείς.
Όπως με τους περισσότερους αισθητήρες, τα Υπερηχητικά Αποστασιόμετρα χρησιμοποιούνται κυρίως κατά τη διάρκεια του αυτόνομου μέρους ενός αγώνα, ωστόσο με κάποια δημιουργική σκέψη, οι κορυφαίες ομάδες μπορούν να χρησιμοποιήσουν αισθητήρες για να βελτιώσουν τον έλεγχο του ρομπότ από τον οδηγό.