説明
光学式シャフト エンコーダ 内部エンコーダ ディスクを使用してシャフトの回転を測定するデジタル センサーです。光学式シャフト エンコーダのハウジングには 3 つの長穴付き取り付け穴があり、ロボットの構造に簡単に取り付けることができます。
ハウジングには取り外し可能なカバーも付いており、内部エンコーダディスクの清掃と検査が可能です。ハウジングの中心にはエンコーダ ディスクの中心ハブがあります。このハブを使用すると、四角いシャフトを挿入でき、シャフトが回転すると内部のエンコーダ ディスクが回転します。
| 「上部」ケーブルと「下部」ケーブル |
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光学式シャフト エンコーダは、3 線式センサー シリーズの 1 つです。センサーのハウジングの側面から 2 本の 3 線ケーブルがあります。「上部」ケーブルはハウジングの取り付け穴に最も近いケーブルであり、「下部」ケーブルはセンターエンコーダハブに最も近いケーブルです。
この 3 線式センサーは、V5 Robot Brain または Cortex と互換性があります。センサーのケーブルは、 3線延長ケーブルを使用して延長できます。
光学 シャフト エンコーダが V5 Brain で機能するには、両方のセンサー ケーブルがBrain 3 線ポートに 挿入されている必要があります。シャフトの時計回りの回転を正/順方向として測定するには、「上部」ケーブルを 3 線式ポートに接続し、「下部」ケーブルを次に高い連続した 3 線式ポートに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)。
たとえば、センサーの「上部」ケーブルを 3 線式ポート A に接続し、次に「下部」ケーブルを 3 線式ポート B に接続する必要があります。これらのケーブルを逆にしてもセンサーは機能します。ただし、時計回りの回転は負/逆方向として測定されます。
光学シャフト エンコーダーは、 アドバンス センサー キット に同梱されています。また、2 個パックとしても提供されており、こちら から購入できます。
| 光学式シャフトエンコーダ | 3線式ポート |
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光学式シャフトエンコーダの仕組み：
前述したように、光学式シャフト エンコーダには、シャフトを挿入するための中央ハブを備えた内部エンコーダ ディスクがあり、シャフトの回転に合わせて回転します。ディスクには、ディスクの周囲に小さなスロットがあります。
| 光軸エンコーダディスク |
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ディスクの端の片側の上には 2 チャンネルの IR LED ライトがあり、もう一方の側には 2 チャンネルの IR 光センサーがあります。ディスクが 1 つのスロットから次のスロットに回転する間、光は遮断されます。これが起こると、センサーがそれを検出し、デジタル信号パルスを V5 Brain に送信します。このパルスは、シャフトが 1 スロット回転したことを示します。スロットは 90 個あるため、90 パルスはシャフトが 1 回転したことを示します。
| 信号チャネルの位相図 |
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センサーの 2 つのチャネルは、信号パルスの位相が 90oずれるように設定されています。これにより、光学式シャフト エンコーダからの信号が、エンコーダ ディスク/シャフトが回転している方向を示すことができます。
たとえば、位相に先行パルスとしてチャンネル 1 がある場合、シャフトが時計回りに回転しているときに、V5 Brain はこれを読み取ります。または、先頭のパルスがチャネル 2 からのものである場合、これは反時計回りの回転を示します。これにより、V5 Brain はシャフトの回転方向を決定できるだけでなく、シャフトがどれだけ回転したかの正味値の読み取り値を加算または減算することもできます。
| 距離の決定 |
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光学シャフト エンコーダーは、信号パルスを利用してロボットの動作を制御する Brain のユーザー プログラムを作成するには、 VEXcode V5 や VEXcode Pro V5 などのプログラミング言語と組み合わせる必要があります。
V5 Brainはユーザープログラムと連携して、光学式シャフトエンコーダからのパルスをシャフトの回転方向、シャフトの回転量、シャフトの回転速度に変換することができます。ロボットの駆動輪のサイズがユーザープログラムに含まれている場合、ロボットの移動距離や速度もセンサーを使用して決定/制御できます。
| 光シャフトエンコーダ内部 |
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注: 光ディスク エンコーダ内のエンコーダ ディスクのスロットが塵や破片で詰まると、センサーの読み取り値が正確でなくなります。時々ハウジングからカバーを取り外し、缶入りの空気を使用してセンサー内部の緩んだ物質を吹き飛ばすことをお勧めします。
光学式シャフトエンコーダの一般的な用途:
前述したように、光学式シャフトエンコーダは、シャフトの回転方向、シャフトの回転量、シャフトの回転速度を測定できます。ただし、V5 スマート モーターには、追加のセンサーを必要とせずに同じ値を測定できる優れた内部エンコーダーもあります。それにもかかわらず、光学シャフトエンコーダが貴重な読み取り値を提供できるアプリケーションがいくつかあります。これらの例としては次のようなものがあります。
プログラム値の視覚化: 教室内で、光学式シャフト エンコーダを使用すると、シャフトの回転またはシャフト速度の値に簡単にアクセスできます。シャフトがアームなどのマニピュレーターに使用される場合でも、ドライブトレインのホイールに使用される場合でも、センサーから収集された値を V5 Brain のカラー タッチ スクリーンまたは V5 コントローラーの LED ディスプレイに印刷できます。これにより、学生はユーザー プログラムがロボットの動作を変更するために利用している値を直接確認できるようになります。
入力/出力比の読み取り: 光学シャフト エンコーダーのもう 1 つの優れた授業での使用法は、スプロケットと ギア比の研究です。光学式シャフトエンコーダは、スプロケット/ギア比の「被動」側の出力シャフトに配置できます。 V5 スマート モーターが入力シャフトの「駆動」側で特定の出力/速度に設定されている場合、1:1 の出力伝達比を使用して、光学シャフト エンコーダーの予想される出力読み取り値を記録できます。次に、さまざまな比率を組み立てて、その比率の予想される出力を実際の出力の読み取り値と比較できます。
ランプテスト: 教室での楽しい探究活動は、生徒たちに「自由に回転する」カートを組み立てさせることです。 V5 コントロール システムをカートに配置し、光学式シャフト エンコーダーをカートのシャフトの 1 つに挿入できます。次に、カートがスロープを転がり落ちるときのいくつかの速度を出力するユーザー プログラムを作成できます。次に、生徒はスロープまたはカートのさまざまな側面を変更し、スロープを転がり落ちるカートの結果を次の反復と比較できます。
競技用ロボットでの光学式シャフトエンコーダの使用:
フライホイール速度: 一部の高度なフライホイール設計では、球技の駒を投げるフライホイールを駆動するためにラチェット システムが使用されています。これは、V5 スマート モーターによってフライホイールに電力が供給されていないときに、フライホイールがモーターの抵抗によってエネルギーを失うことなく自由に回転できるようにするために行われます。このタイプの設計では、フライホイールのシャフトに挿入された光学式シャフト エンコーダが、優れた測定方法を提供します。注: 正確なシャフト回転速度測定の最大範囲は約 1100 RPM です。
| スプリング式ホイール アセンブリ上の分離ホイール/光学シャフト エンコーダ |
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絶縁車輪・光軸エンコーダ： ロボットの駆動輪が滑る場合（駒押し等）が考えられます。 V5 スマート モーターによって駆動される車輪が滑り始めると、モーターのエンコーダーからの値は無効になります。この場合、シャフトに光学式シャフトエンコーダを備えた独立した全方向ホイールをロボットのシャーシに追加して、ロボットの動きを正確に測定できます。ゴムバンドまたはラテックスチューブを使用して、このホイールアセンブリに「バネ」をかけることをお勧めします。この設計により、駆動輪を床から持ち上げることなく、測定輪がフィールド表面と適切な接触を維持できるようになります。
| 絶縁ホイール/光学式シャフトエンコーダ |
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ドライブトレインにモーターによって駆動されないホイールがある場合、別のオプションは、これらのホイールのシャフトの 1 つに光学式シャフト エンコーダーを配置することです。
シャフトの回転方向、シャフトの回転量、またはシャフトの回転速度を測定する必要がある用途に関係なく、光学式シャフト エンコーダは、測定に正確かつ効果的なセンサーを提供できます。