Descripción
El codificador de eje óptico es un sensor digital que mide la rotación de un eje utilizando un disco codificador interno. La carcasa del codificador de eje óptico tiene tres orificios de montaje ranurados para permitir un fácil montaje en la estructura del robot.
La carcasa también tiene una cubierta extraíble que permite la limpieza e inspección del disco interno del codificador. En el centro de la carcasa se encuentra el buje central del disco del codificador. Este buje permite insertar un eje cuadrado a través de él y, a medida que el eje gira, gira el disco codificador interno.
| Cables "superior" e "inferior" |
El codificador de eje óptico es uno de los sensores de la serie de 3 hilos. Desde el lado de la carcasa del sensor hay dos cables de 3 hilos. El cable "superior" es el cable más cercano al orificio de montaje de la carcasa y el cable "inferior" es el más cercano al centro del centro del codificador.
Este sensor de 3 hilos es compatible con el V5 Robot Brain o el Cortex. Los cables del sensor se pueden extender utilizando cables de extensión de 3 hilos.
Para que el codificador del eje óptico funcione con el cerebro V5, ambos cables del sensor deben insertarse completamente en los puertos de 3 hilos del cerebro V5. Para medir una rotación en el sentido de las agujas del reloj de un eje como una dirección positiva/hacia adelante, el cable "superior" debe enchufarse en un puerto de 3 hilos y el cable "inferior" debe enchufarse en el siguiente puerto de 3 hilos consecutivo más alto. Nota: solo funcionarán pares específicos de puertos (AB, CD, EF y GH).
Por ejemplo, el cable "superior" del sensor podría enchufarse en el puerto A de 3 hilos, y luego el cable "inferior" deberá enchufarse en el puerto B de 3 hilos. El sensor funcionará si estos cables se invierten, sin embargo, una rotación en el sentido de las agujas del reloj se medirá como una dirección negativa/inversa.
El codificador de eje óptico viene en el kit de sensor de avance o está disponible como un paquete de 2 y se puede comprar aquí.
| Codificador de eje óptico | Puertos de 3 cables |
Cómo funciona el codificador del eje óptico:
Como se mencionó anteriormente, el codificador del eje óptico tiene un disco codificador interno con un cubo central para insertar un eje y girará a medida que el eje gire. El disco tiene pequeñas ranuras alrededor de la circunferencia del disco.
| Disco codificador de eje óptico |
Por encima de un lado del borde del disco hay dos canales de luces LED IR y en el otro lado hay dos canales de sensores de luz IR. La luz se bloquea a medida que el disco gira de una ranura a la siguiente. Cuando esto sucede, el sensor lo detecta y envía un pulso de señal digital al cerebro V5. Este pulso indica que el eje ha girado una ranura. Hay 90 ranuras, por lo que 90 pulsos indican que el eje ha hecho 1 rotación completa.
| Diagrama de fase de los canales de señal |
Los dos canales del sensor están configurados para que sus pulsos de señal estén desfasados 90o. Esto permite que las señales del codificador del eje óptico indiquen en qué dirección está girando el disco/eje del codificador.
Por ejemplo, si la fase tiene el canal uno como pulso principal, el cerebro V5 lo lee mientras el eje gira en el sentido de las agujas del reloj; o si el pulso principal es del canal dos, esto indica una rotación en sentido contrario a las agujas del reloj. Esto no solo permite que el Cerebro V5 determine la dirección de rotación del eje, sino que también permite que el Cerebro sume o reste lecturas para un valor neto de cuánto ha girado el eje.
| Determinación de la distancia |
El codificador de eje óptico debe emparejarse con un lenguaje de programación como VEXcode V5 o VEXcode Pro V5 para crear un programa de usuario para que el cerebro utilice los pulsos de señal para controlar el comportamiento del robot.
El cerebro V5 en conjunto con un programa de usuario se puede utilizar para convertir los pulsos del codificador del eje óptico en la dirección de rotación del eje, la cantidad de rotación del eje y la velocidad de rotación del eje. Si el tamaño de las ruedas motrices del robot está incluido dentro del programa de usuario, la distancia que recorre el robot y la velocidad del robot también se pueden determinar/controlar utilizando el sensor.
| Interior del codificador del eje óptico |
Nota: Si las ranuras del disco del codificador dentro del codificador de disco óptico se obstruyen con polvo y suciedad, las lecturas del sensor ya no serán precisas. Es una buena práctica retirar ocasionalmente la cubierta de la carcasa y usar aire enlatado para expulsar cualquier material suelto del interior del sensor.
Usos comunes de un codificador de eje óptico:
Como se mencionó anteriormente, un codificador de eje óptico puede medir la dirección de rotación del eje, la cantidad de rotación del eje y la velocidad de rotación del eje. Sin embargo, los motores inteligentes V5 también tienen excelentes codificadores internos que pueden medir los mismos valores sin necesidad de un sensor adicional. Sin embargo, hay algunas aplicaciones en las que el codificador de eje óptico puede proporcionar algunas lecturas valiosas. Algunos ejemplos de estos son:
Visualización de los valores del programa: dentro de un aula, un codificador de eje óptico puede proporcionar un fácil acceso a los valores de rotación del eje o velocidad del eje. Ya sea que el eje se use en un manipulador como el brazo o para una rueda en un tren motriz, los valores recopilados del sensor se pueden imprimir en la pantalla táctil a color del V5 Brain o en la pantalla LED del V5 Controller. Esto permitirá a los estudiantes ver directamente los valores que sus programas de usuario están utilizando para cambiar el comportamiento del robot.
Lectura de la relación de entrada/salida: Otro gran uso en el aula de un codificador de eje óptico es con el estudio de la rueda dentada y las relaciones de transmisión. Se puede colocar un codificador de eje óptico en el eje de salida del lado "impulsado" de la relación rueda dentada/engranaje. Se puede utilizar una relación de transferencia de potencia 1:1 para registrar una lectura de salida esperada para el codificador del eje óptico cuando el motor inteligente V5 está configurado a una cierta potencia/velocidad para el lado de "accionamiento" del eje de entrada. Luego se pueden ensamblar diferentes relaciones y la salida esperada para la relación se puede comparar con la lectura para la salida real.
Pruebas de rampa: Una actividad divertida de investigación en el aula es hacer que los estudiantes armen un carrito de "rodamiento libre". Se puede colocar un sistema de control V5 en el carro y se inserta un codificador de eje óptico en uno de los ejes del carro. Luego se puede hacer un programa de usuario que imprimirá varias de las velocidades del carro a medida que rueda por una rampa. Luego, los estudiantes pueden cambiar diferentes aspectos de la rampa o el carrito y comparar los resultados del carrito rodando por la rampa con la siguiente iteración.
Usos de un codificador de eje óptico en un robot de competición:
Velocidad del volante: algunos diseños avanzados de volante utilizan un sistema de trinquete para impulsar el volante que lanza una pieza de juego de pelota. Esto se hace mientras el motor inteligente V5 no está aplicando energía al volante, el volante puede girar libremente en lugar de perder energía de la resistencia del motor. En este tipo de diseño, un codificador de eje óptico insertado en el eje del volante puede proporcionar un buen método para su medición. Nota: El rango máximo para una medición precisa de la velocidad de rotación del eje es de alrededor de 1100 RPM.
| Rueda aislada/Codificador de eje óptico en un conjunto de rueda con resorte |
Codificador de rueda aislada/eje óptico: puede haber un caso (empujar piezas de juego u otros factores) en el que un robot pueda experimentar un deslizamiento de la rueda motriz. Tan pronto como las ruedas accionadas por un motor inteligente V5 comienzan a deslizarse, los valores de los codificadores del motor ya no son válidos. En este caso, se puede agregar una rueda omnidireccional aislada con un codificador de eje óptico en su eje al chasis del robot para medir con precisión el movimiento del robot. Es aconsejable tener este conjunto de rueda "resorte" cargado mediante el uso de bandas de goma o tubos de látex. Este diseño permitirá que la rueda de medición mantenga un contacto adecuado con la superficie del campo sin levantar las ruedas motrices del suelo.
| Rueda aislada/Codificador de eje óptico |
Si la transmisión tiene ruedas que no están accionadas por un motor, otra opción sería colocar un codificador de eje óptico en uno de los ejes de estas ruedas.
No importa qué aplicación deba medirse la dirección de rotación del eje, la cantidad de rotación del eje o la velocidad de rotación del eje, el codificador de eje óptico puede proporcionar un sensor preciso y eficaz para la medición.