Χρήση του κωδικοποιητή οπτικού άξονα 3 συρμάτων V5 – Βάση γνώσεων

Περιγραφή

Ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα είναι ένας ψηφιακός αισθητήρας που μετρά την περιστροφή ενός άξονα χρησιμοποιώντας έναν εσωτερικό δίσκο κωδικοποιητή. Το περίβλημα του κωδικοποιητή οπτικού άξονα διαθέτει τρεις οπές στερέωσης με σχισμές για εύκολη τοποθέτηση στη δομή του ρομπότ.

Το περίβλημα διαθέτει επίσης ένα αφαιρούμενο κάλυμμα που επιτρέπει τον καθαρισμό και την επιθεώρηση του εσωτερικού δίσκου κωδικοποιητή. Στο κέντρο του περιβλήματος βρίσκεται ο κεντρικός κόμβος του δίσκου κωδικοποιητή. Αυτός ο κόμβος επιτρέπει την εισαγωγή ενός τετράγωνου άξονα μέσα από αυτόν και καθώς περιστρέφεται ο άξονας, περιστρέφει τον εσωτερικό δίσκο κωδικοποιητή.

Γωνιακή όψη του αισθητήρα κωδικοποιητή οπτικού άξονα, με τα δύο καλώδιά του να φαίνονται και να φέρουν την ένδειξη Πάνω καλώδιο και Κάτω καλώδιο.

Ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα είναι ένας από τους αισθητήρες της σειράς αισθητήρων 3 καλωδίων. Από την πλευρά του περιβλήματος του αισθητήρα υπάρχουν δύο καλώδια 3 συρμάτων. Το «επάνω» καλώδιο είναι το καλώδιο που βρίσκεται πιο κοντά στην οπή στερέωσης του περιβλήματος και το «κάτω» καλώδιο είναι αυτό που βρίσκεται πιο κοντά στον κεντρικό κόμβο του κωδικοποιητή.

Αυτός ο αισθητήρας 3 καλωδίων είναι συμβατός με το V5 Robot Brain ή το Cortex. Τα καλώδια του αισθητήρα μπορούν να επεκταθούν χρησιμοποιώντας Καλώδια Επέκτασης 3 συρμάτων.

Για να λειτουργήσει ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα με τον εγκέφαλο V5, και τακαλώδια του αισθητήρα πρέπει να εισαχθούν στις θύρες του εγκεφάλου V5. Για να μετρήσετε μια δεξιόστροφη περιστροφή ενός άξονα ως θετική/εμπρός κατεύθυνση, το "πάνω" καλώδιο πρέπει να συνδεθεί σε μια θύρα 3 καλωδίων και το "κάτω" καλώδιο πρέπει να συνδεθεί στην επόμενη υψηλότερη διαδοχική θύρα 3 καλωδίων. Σημείωση: θα λειτουργήσουν μόνο συγκεκριμένα ζεύγη θυρών (AB, CD, EF και GH).

Για παράδειγμα, το «επάνω» καλώδιο του αισθητήρα θα μπορούσε να συνδεθεί στη θύρα 3 καλωδίων A και, στη συνέχεια, το «κάτω» καλώδιο θα πρέπει να συνδεθεί στη θύρα 3 καλωδίων B. Ο αισθητήρας θα λειτουργήσει εάν αυτά τα καλώδια είναι αντίστροφα, ωστόσο, μια δεξιόστροφη περιστροφή θα μετρηθεί ως αρνητική/αντίστροφη κατεύθυνση.

Ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα διατίθεται στο κιτ αισθητήρα Advance ή διατίθεται σε συσκευασία 2 τεμαχίων και μπορεί να αγοραστεί εδώ.

Γωνιακή όψη της συσκευής κωδικοποιητή οπτικού άξονα V5.

V5 Brain με δύο καλώδια 3 συρμάτων συνδεδεμένα στις θύρες 3 συρμάτων του.

Πώς λειτουργεί ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα:

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα διαθέτει έναν εσωτερικό δίσκο κωδικοποιητή με μια κεντρική πλήμνη για την εισαγωγή ενός άξονα και περιστρέφεται καθώς περιστρέφεται ο άξονας. Ο δίσκος έχει μικρές σχισμές γύρω από την περιφέρειά του.

Δύο διαγράμματα που δείχνουν τον εσωτερικό μηχανισμό του κωδικοποιητή οπτικού άξονα. Απεικονίζεται ένας δίσκος που έχει 90 σχισμές κατά μήκος της εξωτερικής του άκρης. Στη μία πλευρά του δίσκου υπάρχουν δύο πηγές φωτός LED IR και στην άλλη πλευρά του δίσκου υπάρχουν δύο αισθητήρες φωτός IR που διαβάζουν την περιστροφή του δίσκου.

Διάγραμμα που δείχνει τον δίσκο τοποθετημένο δίπλα σε μια γραμμή μέτρησης, με βέλη που υποδεικνύουν ότι ο δίσκος κυλάει. Μια ετικέτα υποδεικνύει ότι 90 σημάδια τσεκαρίσματος στη γραμμή μέτρησης ισοδυναμούν με 1 πλήρη περιστροφή του δίσκου.

Πάνω από τη μία πλευρά της άκρης του δίσκου υπάρχουν δύο κανάλια με υπέρυθρες λυχνίες LED και στην άλλη πλευρά υπάρχουν δύο κανάλια με αισθητήρες υπέρυθρου φωτός. Το φως μπλοκάρεται καθώς ο δίσκος περιστρέφεται από τη μία υποδοχή στην επόμενη. Όταν συμβεί αυτό, ο αισθητήρας το ανιχνεύει και στέλνει έναν ψηφιακό παλμό σήματος στον εγκέφαλο V5. Αυτός ο παλμός υποδεικνύει ότι ο άξονας έχει περιστραφεί κατά μία σχισμή. Υπάρχουν 90 σχισμές, επομένως 90 παλμοί υποδεικνύουν ότι ο άξονας έχει κάνει 1 πλήρη περιστροφή.

Διάγραμμα φάσεων των δύο καναλιών σήματος σε συνάρτηση με το χρόνο. Το διάγραμμα υποδεικνύει ότι τα σήματα εναλλάσσονται κατά 90 μοίρες του μήκους του σήματος, επομένως μια αλλαγή σήματος στο Κανάλι 1 ανιχνεύεται με μικρή καθυστέρηση από το Κανάλι 2.

Τα δύο κανάλια του αισθητήρα είναι ρυθμισμένα έτσι ώστε οι παλμοί σήματος τους να είναι εκτός φάσης κατά 90^o. Αυτό επιτρέπει στα σήματα από τον κωδικοποιητή οπτικού άξονα να υποδεικνύουν προς ποια κατεύθυνση περιστρέφεται ο δίσκος/άξονας του κωδικοποιητή.

Για παράδειγμα, εάν η φάση έχει το κανάλι ένα ως τον κύριο παλμό, ο εγκέφαλος V5 το διαβάζει αυτό καθώς ο άξονας περιστρέφεται δεξιόστροφα. διαφορετικά, εάν ο κύριος παλμός προέρχεται από το κανάλι δύο, αυτό υποδηλώνει μια περιστροφή αριστερόστροφα. Αυτό όχι μόνο επιτρέπει στον εγκέφαλο V5 να καθορίσει την κατεύθυνση περιστροφής του άξονα, αλλά επιτρέπει επίσης στον εγκέφαλο να προσθέσει ή να αφαιρέσει μετρήσεις για μια καθαρή τιμή του πόσο έχει περιστραφεί ο άξονας.

Διάγραμμα που δείχνει πώς να υπολογίσετε την περιφέρεια ενός κύκλου. Η περιφέρεια είναι ίση με τη διάμετρο του τροχού πολλαπλασιασμένη με το PI, το οποίο είναι περίπου 3,14.

Διάγραμμα που δείχνει πώς να υπολογίσετε την απόσταση που έχει κυλήσει ένας τροχός. Η απόσταση είναι ίση με την περιφέρεια του τροχού πολλαπλασιασμένη με τον αριθμό των στροφών.

Ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα πρέπει να συνδυαστεί με μια γλώσσα προγραμματισμού όπως η VEXcode V5 ή η VEXcode Pro V5, για να δημιουργηθεί ένα πρόγραμμα χρήστη για τον εγκέφαλο, ώστε να χρησιμοποιεί τους παλμούς σήματος για τον έλεγχο της συμπεριφοράς του ρομπότ.

Ο εγκέφαλος V5 σε συνεργασία με ένα πρόγραμμα χρήστη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετατροπή των παλμών από τον κωδικοποιητή οπτικού άξονα σε κατεύθυνση περιστροφής άξονα, ποσότητα περιστροφής άξονα και ταχύτητα περιστροφής άξονα. Εάν το μέγεθος των κινητήριων τροχών του ρομπότ περιλαμβάνεται στο πρόγραμμα χρήστη, η απόσταση που διανύει το ρομπότ και η ταχύτητά του μπορούν επίσης να προσδιοριστούν/ελεγχθούν χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα.

Ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα εμφανίζεται με το κάλυμμα αφαιρεμένο, ώστε να μπορεί να καθαριστεί. Ο δίσκος και οι μεμονωμένες υποδοχές του είναι ορατοί μόλις αφαιρεθεί το κάλυμμα του κωδικοποιητή.

Σημείωση: Εάν οι υποδοχές του δίσκου κωδικοποιητή μέσα στον κωδικοποιητή οπτικού δίσκου φράξουν με σκόνη και υπολείμματα, οι μετρήσεις του αισθητήρα δεν θα είναι πλέον ακριβείς. Είναι καλή πρακτική να αφαιρείτε περιστασιακά το κάλυμμα από το περίβλημα και να χρησιμοποιείτε κονσερβοποιημένο αέρα για να φυσάτε τυχόν χαλαρά υλικά από το εσωτερικό του αισθητήρα.

Κοινές χρήσεις ενός κωδικοποιητή οπτικού άξονα:

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ένας οπτικός κωδικοποιητής άξονα μπορεί να μετρήσει την κατεύθυνση περιστροφής του άξονα, την ποσότητα περιστροφής του άξονα και την ταχύτητα περιστροφής του άξονα. Ωστόσο, οι V5 Smart Motors διαθέτουν επίσης εξαιρετικούς εσωτερικούς κωδικοποιητές που μπορούν να μετρήσουν τις ίδιες τιμές χωρίς την ανάγκη πρόσθετου αισθητήρα. Παρ 'όλα αυτά, υπάρχουν ορισμένες εφαρμογές στις οποίες ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα μπορεί να παρέχει πολύτιμες μετρήσεις. Μερικά παραδείγματα αυτών είναι:

Οπτικοποίηση τιμών προγράμματος: Μέσα σε ένα περιβάλλον τάξης, ένας κωδικοποιητής οπτικού άξονα μπορεί να παρέχει εύκολη πρόσβαση στις τιμές περιστροφής ή ταχύτητας άξονα. Είτε ο άξονας χρησιμοποιείται σε έναν χειριστή όπως ένας βραχίονας είτε για έναν τροχό σε ένα σύστημα μετάδοσης κίνησης, οι τιμές που συλλέγονται από τον αισθητήρα μπορούν να εκτυπωθούν στην έγχρωμη οθόνη αφής του V5 Brain ή στην οθόνη LED του V5 Controller. Αυτό θα επιτρέψει στους μαθητές να δουν άμεσα τις τιμές που χρησιμοποιούν τα προγράμματα χρηστών τους για να αλλάξουν τη συμπεριφορά του ρομπότ.

Ένδειξη λόγου εισόδου/εξόδου: Μια άλλη εξαιρετική χρήση ενός κωδικοποιητή οπτικού άξονα στην τάξη είναι η μελέτη του γραναζιού και των σχέσεων μετάδοσης. Ένας κωδικοποιητής οπτικού άξονα μπορεί να τοποθετηθεί στον άξονα εξόδου της «κινητήριας» πλευράς της σχέσης γραναζιού/μειωτήρα. Ένας λόγος μεταφοράς ισχύος 1:1 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καταγραφή μιας αναμενόμενης ένδειξης εξόδου για τον κωδικοποιητή οπτικού άξονα όταν ο έξυπνος κινητήρας V5 έχει ρυθμιστεί σε μια συγκεκριμένη ισχύ/ταχύτητα για την πλευρά «κίνησης» του άξονα εισόδου. Στη συνέχεια, μπορούν να συγκεντρωθούν διαφορετικές αναλογίες και η αναμενόμενη έξοδος για την αναλογία μπορεί να συγκριθεί με την ένδειξη για την πραγματική έξοδο.

Ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα εμφανίζεται συνδεδεμένος με ένα σύστημα μεταφορικής αλυσίδας που συνδέει τον κωδικοποιητή με έναν έξυπνο κινητήρα, ώστε να μπορεί να μετρηθεί η περιστροφή του.

Δοκιμή ράμπας: Μια διασκεδαστική δραστηριότητα έρευνας στην τάξη είναι να ζητήσετε από τους μαθητές να συναρμολογήσουν ένα καρότσι «ελεύθερης κύλισης». Ένα σύστημα ελέγχου V5 μπορεί να τοποθετηθεί στο καρότσι και ένας κωδικοποιητής οπτικού άξονα εισάγεται σε έναν από τους άξονες του καροτσιού. Στη συνέχεια, μπορεί να δημιουργηθεί ένα πρόγραμμα χρήστη το οποίο θα εκτυπώσει αρκετές από τις ταχύτητες του καροτσιού καθώς αυτό κυλάει σε μια ράμπα. Οι μαθητές μπορούν στη συνέχεια να αλλάξουν διαφορετικές πτυχές της ράμπας ή του καροτσιού και να συγκρίνουν τα αποτελέσματα της κύλισης του καροτσιού προς τα κάτω με την επόμενη επανάληψη.

Χρήσεις ενός κωδικοποιητή οπτικού άξονα σε ένα ρομπότ αγώνων:

Ταχύτητα σφονδύλου: Ορισμένα προηγμένα σχέδια σφονδύλου χρησιμοποιούν ένα σύστημα καστάνιας για την κίνηση του σφονδύλου, ο οποίος πετάει ένα πιόνι παιχνιδιού. Αυτό γίνεται έτσι ώστε, ενώ δεν παρέχεται ισχύς στον σφόνδυλο από τον V5 Smart Motor, ο σφόνδυλος να μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα αντί να χάνει ενέργεια από την αντίσταση του κινητήρα. Σε αυτόν τον τύπο σχεδιασμού, ένας κωδικοποιητής οπτικού άξονα που εισάγεται στον άξονα του σφονδύλου μπορεί να παρέχει μια καλή μέθοδο για τη μέτρησή του. Σημείωση: Το μέγιστο εύρος για την ακριβή μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής του άξονα είναι περίπου 1100 σ.α.λ.

Ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα φαίνεται να είναι συνδεδεμένος μέσω ενός κομματιού καναλιού C σε έναν παθητικό τροχό. Ο τροχός συνδέεται με το υπόλοιπο ρομπότ χρησιμοποιώντας ένα ελατήριο κατασκευασμένο από λαστιχάκια.

Απομονωμένος τροχός/κωδικοποιητής οπτικού άξονα: Μπορεί να υπάρχει περίπτωση (σπρώξιμο πιόνι παιχνιδιού ή άλλοι παράγοντες) όπου ένα ρομπότ μπορεί να παρουσιάσει ολίσθηση του κινητήριου τροχού. Μόλις οι τροχοί που κινούνται από έναν κινητήρα V5 Smart Motor αρχίσουν να ολισθαίνουν, οι τιμές από τους κωδικοποιητές του κινητήρα δεν ισχύουν πλέον. Σε αυτήν την περίπτωση, ένας απομονωμένος πανκατευθυντικός τροχός με έναν κωδικοποιητή οπτικού άξονα στον άξονά του μπορεί να προστεθεί στο πλαίσιο του ρομπότ για να μετρήσει με ακρίβεια την κίνηση του ρομπότ. Συνιστάται να έχετε αυτό το συγκρότημα τροχού με «ελατήριο» φορτισμένο χρησιμοποιώντας λαστιχάκια ή σωλήνες από λάτεξ. Αυτός ο σχεδιασμός θα επιτρέψει στον τροχό μέτρησης να διατηρεί επαρκή επαφή με την επιφάνεια του πεδίου χωρίς να σηκώνει τους κινητήριους τροχούς από το δάπεδο.

Ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα φαίνεται να είναι συνδεδεμένος μέσω ενός κομματιού καναλιού C σε έναν παθητικό τροχό.

Εάν το σύστημα μετάδοσης κίνησης έχει τροχούς που δεν τροφοδοτούνται από κινητήρα, μια άλλη επιλογή θα ήταν να τοποθετήσετε έναν κωδικοποιητή οπτικού άξονα σε έναν από τους άξονες αυτών των τροχών.

Ανεξάρτητα από την εφαρμογή για την οποία πρέπει να μετρηθεί η κατεύθυνση περιστροφής του άξονα, η ποσότητα περιστροφής του άξονα ή η ταχύτητα περιστροφής του άξονα, ο κωδικοποιητής οπτικού άξονα μπορεί να παρέχει έναν ακριβή και αποτελεσματικό αισθητήρα για τη μέτρηση.

Προσδιορισμός απόστασης