説明
超音波レンジファインダー は、エコーロケーションに超音波を使用して、センサーと音が反射する物体との間の距離を測定するセンサーです。レンジファインダーは、3-Wire シリーズセンサーの 1 つです。 3線ケーブルが2本付いています。黒、赤、オレンジの「出力」ケーブルがあり、40KHz スピーカーにパルス電力を供給します。そして、高周波マイク受信機から信号を送り返す黒、赤、黄色の「入力」ケーブルです。(注: 通常の可聴範囲は通常 0.02 KHz ～ 20 KHz であるため、このセンサーによって生成される音は、ほとんどの人が聞き取れる音よりもはるかに高いはずです。
3 線式センサーは、V5 Robot Brain または Cortex性があります。センサーケーブルは 3線延長ケーブル.を使用して延長できます。
超音波距離測定器が V5 Brain で機能するには、両方のセンサー ケーブルが V5 Brain 3 線ポートに 完全に 挿入される必要があります。出力ケーブルは 3 線式ポートに接続する必要があり、入力ケーブルは次の連続する 3 線式ポートに接続する必要があります。
たとえば、センサーの「OUTPUT」というラベルが付いている（黒、赤、オレンジ）ケーブルを 3 線式ポート A に接続し、次に「INPUT」というラベルが付いている（黒、赤、黄色）ケーブルを接続する必要があります。注: ポートの特定のペアのみが機能します (AB、CD、EF、および GH)。
超音波距離計は、 アドバンス センサー キット に含まれていますが、こちら からも購入できます。
| 距離計 | 3線式ポート×2 |
|---|---|
超音波距離計の仕組み
超音波距離計センサーを使用すると、ロボットは高周波音波を使用して経路上の障害物を検出できます。センサーは 40KHz の音波を発し、反射面で反射してセンサーに戻ります。次に、波がセンサーに戻るまでの時間を使用して、物体までの距離を計算できます。このプロセスは、以下のアニメーションで示されています。
レンジファインダーの使用可能範囲は 3.0cm ～ 300cm です。センサーが 1.5 インチ未満の物体を測定しようとすると、音の反響が速すぎてセンサーが検出できず、115 インチをはるかに超えると、音の強度が弱すぎて検出できなくなります。
音波の特性がこの範囲に影響します。たとえば、検出されるオブジェクトの表面が硬い場合 (2016 年から 2017 年の VRC ゲーム、Star Strike で使用された布製の大きな立方体など) の場合、音波が吸収され、センサーが正確な読み取り値を返さない可能性があります。 。
また、検出対象物がボールのような球体や不規則な形状の場合、音波が散乱し、センサーから返される値が広範囲に及ぶ可能性があります。ただし、超音波距離測定器は、平らで硬い表面までの距離を測定する場合に便利で正確な測定値を提供します。
超音波距離測定器は、 VEXcode V5または VEXcode Pro V5 などのプログラミング言語と組み合わせて、センサーからの距離値を使用してロボットを制御する脳のユーザー プログラムを作成する必要があります。レンジファインダーは、インチまたはミリメートルで距離を測定できます。
超音波距離計の一般的な用途：
超音波レンジファインダーは近接センサーの一種であり、物体に触れずに物体を検出できることを意味します。これは、センサーがロボットの進路上の障害物を衝突する前に検出できることを意味します。超音波距離測定器の使用例としては、次のようなものがあります。
障害物回避: オブジェクトを早期に検出することで、障害物がフィールド要素、ゲームの駒、または別のロボットであっても、ロボットを停止または方向転換して障害物を回避するようにプログラムできます。
超音波距離計は、多くの自動車で使用され、進路上の物体を検知してドライバーに警告したり、回避行動をとらせたりします。下の動画は、超音波距離計を使って壁への衝突を回避する様子を示しています
ジェスチャー制御: 教室での興味深いアクティビティは、センサーから特定の距離範囲内で手を動かせるように超音波距離測定器の向きを調整することです。ロボットがこの動きを検出すると、動作を変えることができます。たとえば、センサー上で手をかざすまでロボットが動かないイベントとして使用できます。ほとんどのロボット ゲームには、試合の自律期間中に人間とロボットとのこの種の相互作用を禁止する特定のルールがあります。
ナビゲーション: 超音波距離計は、ロボットの動作を制御するためのフィードバック制御ループに使用できます。これは、壁から一定の距離だけ離れて停止したり、壁に向かって一定の距離だけ移動してから方向転換して別の方向に進んだり、物体から適切な距離で停止して、腕と爪がちょうど物体をつかむのに適した位置になるようにしたりといった行動を指します。下の動画をご覧ください。超音波距離計がクローの前方にある物体を検出し、それを掴む様子が分かります
ロボットが超音波距離測定器を使用してナビゲートしている場合、比例フィードバック制御を使用すると便利です。これは、誤差 (ロボットの目標距離と実際の距離の差) を使用して、ドライブトレインへのパワーのパーセントを調整することを意味します。
これにより、ロボットは目標距離に近づくにつれて (誤差が小さくなるため) 減速し、指定された目標距離に到達して停止します。この技術は、ロボットの移動速度が速すぎる場合に発生する可能性のある目標距離のオーバーシュートを防ぐのに役立ちます。
競技用ロボットでの超音波距離測定器の使用:
超音波距離測定器は、競技用ロボットで使用すると非常に役立ちます。すでに述べた障害物の回避とナビゲーションに加えて、いくつかの高度な動作のために、一対の距離測定器をロボットに取り付けることができます。これら 2 つのセンサーは、シャーシの側面の反対側の角に配置するなど、ロボットの同じ側に取り付け、一定の距離だけ離す必要があります。
方向と目標設定: つの超音波距離計が距離を置いて取り付けられている場合、それぞれの超音波距離計はフィールドの周囲の壁または他の平坦なフィールド要素までの 2 つの距離を測定できます。センサー間の設定された距離と 2 つの測定された距離の差を使用して、V5 Brain は壁に対するロボットの向きの角度を計算できます。
これらの測定値はロボットが自律経路の次のステップを開始する前にロボットの角度を調整するために使用したり、フライホイールなどの投擲マニピュレータがゲームピースを発射する前に、そのマニピュレータのターゲットを設定して調整するために使用したりできます。下の動画をご覧ください。ロボットアームに取り付けられた超音波距離計が、ゲームオブジェクトをゴールに正確に配置します
二次検証: 方向とターゲット設定について説明したのと同じ手法を使用して、2 つの超音波距離計を使用してロボットの角度を測定できます。この場合、角度を使用して、複雑な自律パス中の指定された点での主要センサー (ジャイロ/慣性センサーなど) の測定値の読み取り値を検証できます。
ロボットが予想される方向からずれていることをレンジファインダーが示した場合、ロボットがプライマリセンサーを使用して経路を続行する前に、2 つのレンジファインダーの読み取り値を使用してロボットを調整および再校正できます。
超音波距離計が周囲の壁から 10 インチの位置で停止するなどの単純な動作に使用される場合でも、競技場の向こう側から正確にボールを発射して旗に当たるなどの非常に複雑な機能に使用される場合でも、基礎となる音波の特性センサーの測定値を考慮する必要があります。言い換えれば、円形、不規則な形状、または柔らかい吸収面までの距離を測定する場合、超音波距離計からの値が一貫していたり正確であることは期待できません。
ほとんどのセンサーと同様に、超音波距離計は主に試合の自律部分で使用されますが、創造的な思考を使えば、トップ チームはセンサーを使用してドライバーのロボット制御を強化できます。