설명
Optical Shaft Encoder 은 내부 엔코더 디스크를 사용하여 샤프트의 회전을 측정하는 디지털 센서입니다. 광학 샤프트 인코더의 하우징에는 3개의 슬롯형 장착 구멍이 있어 로봇 구조에 쉽게 장착할 수 있습니다.
하우징에는 내부 인코더 디스크를 청소하고 검사할 수 있는 탈착식 덮개도 있습니다. 하우징 중앙에는 인코더 디스크의 중앙 허브가 있습니다. 이 허브를 통해 사각형 샤프트를 삽입할 수 있으며 샤프트가 회전함에 따라 내부 인코더 디스크가 회전합니다.
| "상단" 및 "하단" 케이블 |
광학 샤프트 인코더는 3선 센서 시리즈 중 하나입니다. 센서 하우징 측면에는 2개의 3선 케이블이 있습니다. "상단" 케이블은 하우징의 장착 구멍에 가장 가까운 케이블이고 "하단" 케이블은 중앙 인코더 허브에 가장 가까운 케이블입니다.
이 3선 센서는 V5 Robot Brain 또는 Cortex와 호환됩니다. 센서 케이블은 3선 연장 케이블을 사용하여 연장할 수 있습니다.
광학 샤프트 인코더가 V5 Brain과 함께 작동하려면 두 센서 케이블 모두 V5 Brain 3선 포트에 완전히 삽입되어야 합니다. 양의/정방향으로 샤프트의 시계 방향 회전을 측정하려면 "상단" 케이블을 3선 포트에 연결하고 "하단" 케이블을 다음으로 높은 연속 3선 포트에 연결해야 합니다. 참고: 특정 포트 쌍(AB, CD, EF 및 GH)만 작동합니다.
예를 들어, 센서의 "상단" 케이블을 3선 포트 A에 연결한 다음 "하단" 케이블을 3선 포트 B에 연결해야 합니다. 이 케이블을 반대로 연결하면 센서가 작동합니다. , 그러나 시계 방향 회전은 음/역 방향으로 측정됩니다.
광학 샤프트 인코더는 고급 센서 키트 에 포함되어 있거나 2팩으로 제공되며 여기에서 구매할 수 있습니다 .
| 광학 샤프트 인코더 | 3선 포트 |
광학 샤프트 인코더 작동 방식:
앞서 언급했듯이 광학 샤프트 인코더에는 샤프트를 삽입할 수 있는 중앙 허브가 있는 내부 인코더 디스크가 있으며 샤프트가 회전함에 따라 회전합니다. 디스크에는 디스크 둘레에 작은 슬롯이 있습니다.
| 광학 샤프트 인코더 디스크 |
디스크 가장자리의 한 면 위에는 IR LED 조명의 두 채널이 있고 다른 면에는 IR 광 센서의 두 채널이 있습니다. 디스크가 한 슬롯에서 다음 슬롯으로 회전할 때 빛이 차단됩니다. 이런 일이 발생하면 센서가 이를 감지하고 디지털 신호 펄스를 V5 Brain으로 보냅니다. 이 펄스는 샤프트가 하나의 슬롯을 회전했음을 나타냅니다. 90개의 슬롯이 있으므로 90개의 펄스는 샤프트가 1회전했음을 나타냅니다.
| 신호 채널의 위상 다이어그램 |
센서의 두 채널은 신호 펄스의 위상이 90o만큼 벗어나도록 설정됩니다. 이를 통해 광학 샤프트 인코더의 신호를 통해 인코더 디스크/샤프트가 회전하는 방향을 나타낼 수 있습니다.
예를 들어, 위상에 선행 펄스로 채널 1이 있는 경우 V5 Brain은 샤프트가 시계 방향으로 회전할 때 이를 읽습니다. 그렇지 않고 선행 펄스가 채널 2에서 나오는 경우 이는 시계 반대 방향 회전을 나타냅니다. 이를 통해 V5 Brain은 샤프트 회전 방향을 결정할 수 있을 뿐만 아니라 샤프트가 얼마나 회전했는지에 대한 순 가치 판독값을 더하거나 뺄 수도 있습니다.
| 거리 결정 |
광학 샤프트 인코더는 VEXcode V5 또는 VEXcode Pro V5와 같은 프로그래밍 언어와 쌍을 이루어 뇌가 신호 펄스를 활용하여 로봇의 동작을 제어할 수 있는 사용자 프로그램을 생성해야 합니다.
V5 Brain은 사용자 프로그램과 함께 사용되어 광학 샤프트 인코더의 펄스를 샤프트 회전 방향, 샤프트 회전량 및 샤프트 회전 속도로 변환할 수 있습니다. 로봇의 구동바퀴 크기가 사용자 프로그램에 포함되어 있으면 로봇의 이동 거리와 로봇의 속도도 센서를 이용해 결정/제어할 수 있습니다.
| 광축 인코더 내부 |
참고: 광학 디스크 인코더 내의 인코더 디스크 슬롯이 먼지와 이물질로 막히면 센서 판독값이 더 이상 정확하지 않습니다. 때때로 하우징에서 덮개를 제거하고 압축 공기를 사용하여 센서 내부에 있는 느슨한 물질을 불어내는 것이 좋습니다.
광학 샤프트 인코더의 일반적인 용도:
앞서 언급했듯이 광학 샤프트 인코더는 샤프트 회전 방향, 샤프트 회전량 및 샤프트 회전 속도를 측정할 수 있습니다. 그러나 V5 스마트 모터에는 추가 센서 없이도 동일한 값을 측정할 수 있는 뛰어난 내부 인코더가 있습니다. 그럼에도 불구하고 광학 샤프트 인코더가 귀중한 판독값을 제공할 수 있는 일부 응용 분야가 있습니다. 이에 대한 몇 가지 예는 다음과 같습니다.
프로그램 값 시각화: 교실 환경 내에서 광학 샤프트 인코더를 사용하면 샤프트 회전 또는 샤프트 속도 값에 쉽게 접근할 수 있습니다. 샤프트가 암과 같은 조작기에 사용되거나 드라이브트레인의 휠에 사용되는지 여부에 관계없이 센서에서 수집된 값은 V5 Brain의 컬러 터치 스크린 또는 V5 컨트롤러의 LED 디스플레이에 인쇄될 수 있습니다. 이를 통해 학생들은 로봇의 동작을 변경하기 위해 사용자 프로그램이 활용하는 값을 직접 볼 수 있습니다.
입력/출력 비율 판독: 교실에서 광학 샤프트 인코더를 사용하는 또 다른 훌륭한 방법은 스프로킷 및 기어비에 대한 연구입니다. 광학 샤프트 인코더는 스프로킷/기어 비율의 "구동" 측 출력 샤프트에 배치될 수 있습니다. V5 스마트 모터가 입력 샤프트 "구동" 측에 대해 특정 출력/속도로 설정된 경우 1:1 동력 전달 비율을 사용하여 광학 샤프트 인코더에 대한 예상 출력 판독값을 기록할 수 있습니다. 그런 다음 다양한 비율을 조합하고 해당 비율에 대한 예상 출력을 실제 출력 판독값과 비교할 수 있습니다.
램프 테스트: 재미있는 교실 탐구 활동은 학생들에게 "자유롭게 굴러가는" 카트를 조립하게 하는 것입니다. V5 제어 시스템은 카트에 배치할 수 있으며 광학 샤프트 인코더는 카트의 샤프트 중 하나에 삽입됩니다. 그런 다음 카트가 경사로를 굴러 내려갈 때 카트의 여러 속도를 인쇄하는 사용자 프로그램을 만들 수 있습니다. 그런 다음 학생들은 경사로나 카트의 다양한 측면을 변경하고 경사로를 따라 내려가는 카트의 결과를 다음 반복과 비교할 수 있습니다.
경쟁 로봇에서 광학 샤프트 인코더의 사용:
플라이휠 속도: 일부 고급 플라이휠 디자인은 래칫 시스템을 사용하여 공 게임 조각을 던지는 플라이휠을 구동합니다. 이는 V5 스마트 모터에 의해 플라이휠에 전원이 공급되지 않는 동안 플라이휠이 모터의 저항으로 인해 에너지를 잃지 않고 자유롭게 회전할 수 있도록 하기 위한 것입니다. 이러한 유형의 설계에서는 플라이휠 샤프트에 삽입된 광학 샤프트 인코더가 측정을 위한 좋은 방법을 제공할 수 있습니다. 참고: 정확한 샤프트 회전 속도 측정을 위한 최대 범위는 약 1100RPM입니다.
| 스프링 장착 휠 어셈블리의 절연 휠/광학 샤프트 인코더 |
격리된 휠/광학 샤프트 인코더: 로봇이 구동 휠 미끄러짐을 경험할 수 있는 경우(게임 조각을 밀거나 기타 요인)가 있을 수 있습니다. V5 스마트 모터로 구동되는 바퀴가 미끄러지기 시작하면 모터 인코더의 값이 더 이상 유효하지 않습니다. 이 경우 샤프트에 광학 샤프트 인코더가 있는 격리된 전방향 휠을 로봇 섀시에 추가하여 로봇의 움직임을 정확하게 측정할 수 있습니다. 고무 밴드나 라텍스 튜브를 사용하여 이 휠 어셈블리 "스프링"을 장착하는 것이 좋습니다. 이 설계를 통해 구동 휠을 바닥에서 들어 올리지 않고도 측정 휠이 현장 표면과 적절한 접촉을 유지할 수 있습니다.
| 절연 휠/광학 샤프트 인코더 |
구동계에 모터로 구동되지 않는 바퀴가 있는 경우, 또 다른 옵션은 이러한 바퀴의 샤프트 중 하나에 광학 샤프트 인코더를 배치하는 것입니다.
샤프트 회전 방향, 샤프트 회전량 또는 샤프트 회전 속도를 측정해야 하는 응용 분야에 관계없이 광학 샤프트 인코더는 측정을 위한 정확하고 효과적인 센서를 제공할 수 있습니다.