Uso del codificador de eje óptico de 3 cables V5

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 "superior" e "inferior"
cable-de-eje-óptico.png

El codificador de eje óptico es uno de los sensores de la serie de 3 cables. 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 concentrador del codificador central.

Este sensor de 3 cables es compatible con V5 Robot Brain o Cortex. Los cables del sensor se pueden extender usando cables de extensión de 3 hilos.

Para que el codificador de eje óptico sea funcional con el V5 Brain, ambos cables del sensor deben ser completamente insertados en un V5 Brain 3-Wire Ports. 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 conectarse a un puerto de 3 hilos y el cable "inferior" debe conectarse al siguiente puerto de 3 hilos consecutivo más alto.Nota: solo funcionarán pares de puertos específicos (AB, CD, EF y GH).

Por ejemplo, el cable "superior" del sensor se podría conectar al puerto A de 3 hilos, y luego el cable "Inferior" deberá conectarse al puerto B de 3 hilos. El sensor funcionará si estos cables están invertidos , 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 avanzado o está disponible como un paquete de 2 y se puede comprar aquí.

Codificador de eje óptico Puertos de 3 cables
Codificador_de_arbol_óptico..PNG 3-Wire_Port _-_ 2_ports.png

Cómo funciona el codificador de eje óptico:

Como se mencionó anteriormente, el codificador de eje óptico tiene un disco codificador interno con un eje central para insertar un eje y rotará a medida que gira el eje. El disco tiene pequeñas ranuras alrededor de la circunferencia del disco.

Disco codificador de eje óptico
disco_de_arbol_opticopng
garrapatas-del-eje-óptico.png

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 cuando 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 fase de los canales de señal
Signal-phase.png

Los dos canales del sensor están configurados para 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 si el pulso principal es del canal dos, esto indica una rotación en sentido antihorario. Esto no solo permite que el V5 Brain determine la dirección de rotación del eje, sino que también permite que el Brain sume o reste lecturas para un valor neto de cuánto ha girado el eje.

Determinando la distancia
distancia-determinante.png
distancia-ecuación.png

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 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 en el programa del usuario, la distancia que recorre el robot y la velocidad del robot también se pueden determinar / controlar mediante el uso del sensor.

Interior del codificador de eje óptico
DSC_0227.JPG

Nota: Si las ranuras del disco codificador dentro del codificador de disco óptico se obstruyen con polvo y suciedad, las lecturas del El sensor ya no será preciso. Es una buena práctica quitar ocasionalmente la cubierta de la carcasa y usar aire comprimido para soplar 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 el requisito de un sensor adicional. No obstante, hay 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, una óptica El codificador de eje 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 un 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 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 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 relaciones de transmisión. Se puede colocar un codificador de eje óptico en el eje de salida del lado "impulsado" de la relación piñón / engranaje. Se puede usar 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 se establece en una determinada potencia / velocidad para el lado de "conducción" del eje de entrada. Luego, se pueden ensamblar diferentes relaciones y la salida esperada para la relación se puede comparar con la lectura de la salida real.

OSE-InputOutput.png

Prueba de rampa: Una actividad divertida de investigación en el aula es tener los estudiantes montan un carro 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 imprima varias de las velocidades del carro a medida que baja por una rampa. Luego, los estudiantes pueden cambiar diferentes aspectos de la rampa o el carro y comparar los resultados del carro 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 conducir el volante que lanza una pieza de juego de pelota. Esto se hace para que mientras el motor inteligente V5 no aplique potencia al volante, el volante puede 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 eje óptico / rueda aislada en un conjunto de rueda con resorte
OpticalShaftEncoder-ArmWheel.png

Codificador de eje óptico / rueda aislada: Puede haber un caso (empujando piezas del juego u otros factores) donde un robot puede experimentar el deslizamiento de la rueda motriz. Tan pronto como las ruedas impulsadas por un motor inteligente V5 comienzan a patinar, 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 que este conjunto de rueda se cargue mediante un "resorte" 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 piso.

Codificador de eje óptico / rueda aislada
OpticalShaftEncoder-Wheel.png

Si el tren motriz tiene ruedas que no funcionan con un motor, otra opción sería colocar un codificador de eje óptico en uno de los ejes de estas ruedas.

Independientemente de la aplicación que necesite medir 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.