Descripción
El codificador de eje óptico es un sensor digital que mide la rotación de un eje mediante 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 codificador interno. En el centro de la carcasa se encuentra el eje central del disco codificador. Este cubo permite insertar un eje cuadrado a través de él y, a medida que el eje gira, hace girar el disco codificador interno.
| Cables "superiores" e "inferiores" |
El codificador de eje óptico es uno de la serie de sensores de 3 cables. Del lado de la carcasa del sensor hay dos cables de 3 hilos. El cable "superior" es el más cercano al orificio de montaje de la carcasa y el cable "inferior" es el más cercano al concentrador del codificador central.
Este sensor de 3 cables es compatible con V5 Robot Brain o Cortex. Los cables del sensor se pueden extender utilizando cables de extensión de hilos.
Para que el codificador de eje óptico funcione con el V5 Brain, ambos cables del sensor deben estar completamente insertados en los puertos3 cables V5 Brain. Para medir la rotación de un eje en el sentido de las agujas del reloj como dirección positiva/hacia adelante, el cable "superior" debe conectarse a un puerto de 3 hilos y el cable "inferior" debe conectarse al siguiente puerto de 3 hilos consecutivo superior. Nota: solo funcionarán pares de puertos específicos (AB, CD, EF y GH).
Por ejemplo, el cable "superior" del sensor podría conectarse al puerto A de 3 cables, y luego el cable "inferior" deberá conectarse al puerto B de 3 cables. El sensor funcionará si estos cables se invierten , sin embargo, una rotación en el sentido de las agujas del reloj se medirá como dirección negativa/inversa.
El codificador de eje óptico viene en el kit de sensor avanzado 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 de eje óptico:
Como se mencionó anteriormente, el codificador de eje óptico tiene un disco codificador interno con un cubo central a través del cual se insertará un eje que girará a medida que gira el eje. El disco tiene pequeñas ranuras alrededor de la circunferencia del disco.
| Disco codificador de eje óptico |
Sobre 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 mientras el disco gira de una ranura a la siguiente. Cuando esto sucede, el sensor lo detecta y envía un pulso de señal digital al V5 Brain. Este pulso indica que el eje ha girado una ranura. Hay 90 ranuras, por lo que 90 pulsos indican que el eje ha realizado 1 rotación completa.
| Diagrama de fases de canales de señal. |
Los dos canales del sensor están configurados de manera que sus pulsos de señal estén desfasados en 90o. Esto permite que las señales del codificador de 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 V5 Brain lee esto mientras el eje gira en el sentido de las agujas del reloj; o bien si el pulso adelantado es del canal dos, esto indica una rotación en sentido antihorario. Esto no solo permite al V5 Brain determinar la dirección de rotación del eje, sino que también le permite sumar o restar lecturas para obtener un valor neto de cuánto ha girado el eje.
| Determinando la distancia |
El codificador de eje óptico debe combinarse con un lenguaje de programación como VEXcode 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 V5 Brain junto con un programa de usuario se puede utilizar para convertir los pulsos del codificador de 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 se incluye 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 de eje óptico |
Nota: Si las ranuras del disco codificador dentro del codificador de disco óptico se obstruyen con polvo y residuos, las lecturas del sensor ya no serán precisas. Es una buena práctica retirar ocasionalmente la cubierta de la carcasa y utilizar aire comprimido para eliminar cualquier material suelto del interior del sensor.
Usos comunes de un codificador de eje óptico:
Como se mencionó anteriormente, un codificador óptico de eje 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. No obstante, existen algunas aplicaciones en las que el codificador de eje óptico puede proporcionar lecturas valiosas. Algunos ejemplos de estos son:
Visualización de valores del programa: Dentro de un salón de clases, un codificador de eje óptico puede proporcionar fácil acceso a los valores de rotación o velocidad del eje. Ya sea que el eje se use en un manipulador como un brazo o para una rueda en una transmisión, los valores recopilados del sensor se pueden imprimir en la pantalla táctil a color del V5 Brain o en la pantalla LED del controlador V5. Esto permitirá a los estudiantes ver directamente los valores que utilizan sus programas de usuario para cambiar el comportamiento del robot.
Lectura de relación de entrada/salida: Otro gran uso en el aula de un codificador de eje óptico es el estudio de relaciones de piñones y engranajes. Se puede colocar un codificador de eje óptico en el eje de salida del lado "impulsado" de la relación piñón/engranaje. Se puede utilizar una relación de transferencia de potencia de 1:1 para registrar una lectura de salida esperada para el codificador de eje óptico cuando el motor inteligente V5 está configurado a una determinada potencia/velocidad para el lado "impulsor" del eje de entrada. Luego se pueden ensamblar diferentes proporciones y la producción esperada de la proporción se puede comparar con la lectura de la producción real.
Prueba de rampa: Una actividad de investigación divertida en el aula es hacer que los estudiantes monten un carrito de “rueda 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 crear un programa de usuario que imprimirá varias de las velocidades del carro mientras baja por una rampa. Luego, los estudiantes pueden cambiar diferentes aspectos de la rampa o del 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 de volante avanzados utilizan un sistema de trinquete para accionar el volante que lanza una pieza del juego de pelota. Esto se hace para que, mientras el motor inteligente V5 no aplica potencia al volante, el volante pueda girar libremente en lugar de perder energía por 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.
| Codificador de rueda aislado/eje óptico en un conjunto de rueda con resorte |
Rueda aislada/Codificador de eje óptico: Puede haber un caso (al empujar las piezas del 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 V5 Smart Motor comienzan a patinar, los valores de los codificadores del motor dejan de ser válidos. En este caso, se puede agregar al chasis del robot una rueda omnidireccional aislada con un codificador de eje óptico en su eje para medir con precisión el movimiento del robot. Es recomendable tener este conjunto de ruedas cargado con “resorte” mediante el uso de bandas elásticas 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 piso.
| Codificador de rueda aislada/eje óptico |
Si la transmisión tiene ruedas que no funcionan con motor, otra opción sería colocar un codificador de eje óptico en uno de los ejes de estas ruedas.
No importa en qué aplicación se deba medir la dirección de rotación del eje, la cantidad de rotación del eje o la velocidad de rotación del eje, el codificador óptico de eje puede proporcionar un sensor preciso y eficaz para la medición.