Beschrijving
De Ultrasonic Range Finder is een sensor die ultrasoon geluid gebruikt voor echolocatie om de afstand te meten tussen de sensor en het object waarvan het geluid wordt teruggekaatst. De Range Finder is een van de sensoren uit de 3-Wire-serie. Er zijn twee 3-draads kabels aanwezig. Er is een zwarte, rode en oranje “Output”-kabel die stroom naar een 40 KHz-luidspreker stuurt; en een zwarte, rode en gele “Input”-kabel die een signaal terugstuurt vanaf de hoogfrequente microfoonontvanger. (Opmerking: het normale gehoorbereik ligt doorgaans tussen 0,02 KHz en 20 KHz, dus het geluid dat door deze sensor wordt geproduceerd moet ruim boven wat de meeste mensen kunnen horen liggen.)
De 3-draadssensoren zijn compatibel met de V5 Robot Brain of de Cortex. Hun sensorkabels kunnen worden verlengd met behulp van 3-draads verlengkabels.
Om de ultrasone afstandsmeter te laten functioneren met de V5 Brain, moeten beide sensorkabels volledig in de 3-draads poorten van een V5 Brain worden gestoken. De uitgangskabel moet worden aangesloten op een 3-draads poort en de ingangskabel moet worden aangesloten op de volgende opeenvolgende 3-draads poort.
De (zwarte, rode en oranje) kabel met het label “OUTPUT” op de sensor kan bijvoorbeeld worden aangesloten op de 3-draads poort A, en dan zal de (zwarte, rode en gele) kabel met het label “INPUT” moeten worden worden aangesloten op de 3-draads poort B.Opmerking: alleen specifieke poortparen zullen werken (AB, CD, EF en GH).
De ultrasone afstandsmeter is inbegrepen in de Advanced Sensor Kit en kan ook hier worden gekocht.
| Afstandsmeter | Twee 3-draads poorten |
Hoe de ultrasone afstandsmeter werkt
Met de Ultrasonic Range Finder-sensor kan een robot obstakels op zijn pad detecteren door gebruik te maken van hoogfrequente geluidsgolven. De sensor zendt een geluidsgolf van 40 kHz uit die terugkaatst op een reflecterend oppervlak en terugkeert naar de sensor. Vervolgens kan de afstand tot het object worden berekend aan de hand van de hoeveelheid tijd die de golf nodig heeft om terug te keren naar de sensor.
Het bruikbare bereik van de afstandsmeter ligt tussen 3,0 cm (1,5”) en 300 cm (115”). Wanneer de sensor een object probeert te meten op minder dan 1,5 inch, echoot het geluid te snel terug zodat de sensor het niet kan detecteren, en veel verder dan 115 inch is de intensiteit van het geluid te zwak om te detecteren.
De eigenschappen van geluidsgolven beïnvloeden dit bereik. Als het object dat wordt gedetecteerd bijvoorbeeld geen hard oppervlak heeft (zoals de grote kubussen van stof die in de VRC-game van 2016-2017 werden gebruikt, Star strike), kunnen de geluidsgolven worden geabsorbeerd en geeft de sensor mogelijk geen nauwkeurige meting weer. .
Als het gedetecteerde object bovendien bolvormig is, zoals een bal, of een onregelmatige vorm heeft, kunnen de geluidsgolven verstrooid raken, waardoor een breed scala aan waarden door de sensor wordt geretourneerd. De ultrasone afstandsmeter biedt echter een nuttige, nauwkeurige meting wanneer deze wordt gebruikt om de afstand tot een vlak, hard oppervlak te meten.
De ultrasone afstandsmeter moet worden gekoppeld aan een programmeertaal zoals de VEXcode V5of VEXcode Pro V5 om een gebruikersprogramma voor de hersenen te creëren om de afstandswaarde van de sensor te gebruiken om de robot te besturen. De afstandsmeter kan afstanden in inches of millimeters meten.
Veelvoorkomend gebruik van een ultrasone afstandsmeter:
Een ultrasone afstandsmeter is een soort nabijheidssensor, wat betekent dat hij een object kan detecteren zonder het aan te raken. Dit betekent dat de sensor een obstakel op het pad van de robot kan detecteren voordat hij deze raakt. Enkele voorbeelden van hoe een ultrasone afstandsmeter kan worden gebruikt zijn:
Obstakel vermijden: Door vroege detectie van een object kan een robot worden geprogrammeerd om te stoppen of te draaien om het obstakel te vermijden, ongeacht of dit obstakel een veldelement, een speelstuk of een andere robot is.
Ultrasone afstandsmeters worden door veel auto's gebruikt om objecten op hun pad te detecteren en de bestuurder te waarschuwen of ontwijkende maatregelen te nemen.
Gebaarcontrole: Een interessante activiteit in het klaslokaal is het oriënteren van de ultrasone afstandsmeter zodat een hand binnen een bepaald afstandsbereik van de sensor kan worden bewogen. Wanneer de robot deze beweging detecteert, kan hij zijn gedrag veranderen. Dit zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt als een gebeurtenis waarbij de robot niet beweegt totdat een hand over de sensor wordt bewogen. De meeste robotspellen hebben specifieke regels die dit soort menselijke interactie met de robot tijdens de autonome periode van de wedstrijd verbieden.
Navigatie: Een ultrasone afstandsmeter kan worden gebruikt als feedbackregellus om het gedrag van de robot te controleren. Dit kunnen gedragingen zijn zoals een bepaalde afstand van een muur af bewegen en stoppen, een bepaalde afstand in de richting van een muur bewegen en dan draaien om in een andere richting te reizen, of op de juiste afstand van een object stoppen zodat een arm en klauw zich precies op de juiste afstand bevinden. de juiste positie om het object op te pakken.
Wanneer een robot een ultrasone afstandsmeter gebruikt om te navigeren, kan het handig zijn om een proportionele feedbackregeling te gebruiken. Dit betekent dat de fout (het verschil tussen de doelafstand van de robot en de werkelijke afstand) wordt gebruikt om het percentage vermogen naar de aandrijflijn aan te passen.
Dit zorgt ervoor dat de robot langzamer gaat rijden naarmate hij dichter bij de gewenste afstand komt (omdat de fout kleiner is) totdat hij de gespecificeerde doelafstand bereikt en stopt. Deze techniek zorgt ervoor dat de robot de doelafstand niet overschrijdt, wat kan gebeuren als de rijsnelheid te hoog is.
Gebruik van ultrasone afstandsmeters op een wedstrijdrobot:
Ultrasone afstandsmeters kunnen uiterst nuttig zijn bij gebruik op een wedstrijdrobot. Naast het vermijden van obstakels en navigatie die al zijn genoemd, kunnen er een paar afstandsmeters op de robot worden gemonteerd voor een aantal geavanceerde gedragingen. Deze twee sensoren moeten aan dezelfde kant van de robot worden gemonteerd en op enige afstand van elkaar worden gescheiden, bijvoorbeeld door ze op tegenovergestelde hoeken van de zijkant van een chassis te plaatsen.
Oriëntatie en richten: Wanneer twee ultrasone afstandsmeters met een onderlinge afstand zijn gemonteerd, kunnen ze elk de twee afstanden tot de buitenmuur van het veld of andere vlakke veldelementen meten. Met behulp van de ingestelde afstand tussen de sensoren en het eventuele verschil tussen de twee gemeten afstanden kan de V5 Brain de hoek berekenen waarin de robot ten opzichte van de muur is georiënteerd.
Deze metingen kunnen worden gebruikt om de hoek van de robot aan te passen voordat deze aan de volgende stap van het autonome pad begint, of ze kunnen worden gebruikt om een werpmanipulator als een vliegwiel te richten en aan te passen voordat deze op zijn speelstuk schiet.
Secundaire verificatie: Met dezelfde techniek als beschreven voor oriëntatie en richten kunnen twee ultrasone afstandsmeters worden gebruikt om de hoek van de robot te meten. In dit geval kan de hoek worden gebruikt om de meting van een primaire sensor (zoals een gyro-/traagheidssensor) op een bepaald punt tijdens een complex autonoom pad te verifiëren.
Als de afstandsmeters aangeven dat de robot van zijn verwachte oriëntatie is afgeweken, kan de robot worden aangepast en opnieuw gekalibreerd met behulp van de metingen van de twee afstandsmeters voordat hij zijn pad vervolgt met behulp van de primaire sensor.
Of een ultrasone afstandsmeter nu wordt gebruikt voor eenvoudig gedrag zoals het stoppen op 25 cm van de ommuring of voor een zeer complexe functie zoals het nauwkeurig schieten van een bal om een vlag te raken vanaf de andere kant van het speelveld, de eigenschappen van geluidsgolven die de basis vormen van de metingen van de sensor moeten in aanmerking worden genomen. Met andere woorden: verwacht bij het meten van afstanden tot ronde, onregelmatig gevormde of zacht absorberende oppervlakken niet dat de waarden van de ultrasone afstandsmeter consistent of nauwkeurig zijn.
Zoals bij de meeste sensoren worden ultrasone afstandsmeters voornamelijk gebruikt tijdens het autonome gedeelte van een wedstrijd, maar met wat creatief denken kunnen topteams sensoren gebruiken om de controle over de robot door de bestuurder te verbeteren.