Beschrijving
De Optical Shaft Encoder is een digitale sensor die de rotatie van een as meet met behulp van een interne encoderschijf. De behuizing van de Optical Shaft Encoder heeft drie montagegaten met sleuven, zodat deze eenvoudig aan de structuur van de robot kan worden gemonteerd.
De behuizing heeft ook een afneembaar deksel dat reiniging en inspectie van de interne encoderschijf mogelijk maakt. In het midden van de behuizing bevindt zich de centrale naaf van de encoderschijf. Door deze naaf kan een vierkante as er doorheen worden gestoken en terwijl de as draait, roteert deze de interne encoderschijf.
| Kabels "boven" en "onder". |
De Optical Shaft Encoder is een van de 3-Wire-serie sensoren. Vanaf de zijkant van de sensorbehuizing lopen twee 3-aderige kabels. De “Bovenste” kabel is de kabel die zich het dichtst bij het montagegat van de behuizing bevindt en de “Onderste” kabel is de kabel die zich het dichtst bij de centrale encoderhub bevindt.
Deze 3-draads sensor is compatibel met de V5 Robot Brain of de Cortex. De kabels van de sensor kunnen worden verlengd met behulp van 3-aderige verlengkabels.
Om ervoor te zorgen dat de Optical Shaft Encoder functioneel is met de V5 Brain, moeten beide sensorkabels volledig in de 3-draads poorten van een V5 Brain worden gestoken. Om een rotatie met de klok mee van een as in positieve/voorwaartse richting te meten, moet de “Bovenste” kabel worden aangesloten op een 3-draads poort en de “Onderste” kabel moet worden aangesloten op de eerstvolgende hogere opeenvolgende 3-draads poort. Opmerking: alleen specifieke poortparen zullen werken (AB, CD, EF en GH).
De “Bovenste” kabel op de sensor kan bijvoorbeeld worden aangesloten op 3-draads poort A, en vervolgens moet de “Onderste” kabel worden aangesloten op de 3-draads poort B. De sensor zal werken als deze kabels worden omgekeerd Een rotatie met de klok mee wordt echter gemeten als een negatieve/omgekeerde richting.
De optische as-encoder wordt geleverd in de Advance Sensor Kit of is verkrijgbaar als een 2-pack en kan hier worden gekocht.
| Optische as-encoder | 3-draads poorten |
Hoe de optische as-encoder werkt:
Zoals eerder vermeld, heeft de Optical Shaft Encoder een interne encoderschijf met een centrale naaf waar een as doorheen kan worden gestoken en deze zal roteren terwijl de as draait. De schijf heeft kleine sleuven rond de omtrek van de schijf.
| Optische as-encoderschijf |
Boven de ene kant van de rand van de schijf bevinden zich twee kanalen met IR-LED-lampen en aan de andere kant twee kanalen met IR-lichtsensoren. Het licht wordt geblokkeerd terwijl de schijf van de ene sleuf naar de andere draait. Wanneer dit gebeurt, detecteert de sensor dit en stuurt een digitale signaalpuls naar de V5 Brain. Deze puls geeft aan dat de as één sleuf heeft gedraaid. Er zijn 90 slots, dus 90 pulsen geven aan dat de as 1 volledige rotatie heeft gemaakt.
| Fasediagram van signaalkanalen |
De twee kanalen van de sensor zijn zo ingesteld dat hun signaalpulsen 90ouit fase zijn. Hierdoor kunnen de signalen van de optische as-encoder aangeven in welke richting de encoderschijf/-as draait.
Als de fase bijvoorbeeld kanaal één als leidende puls heeft, leest de V5 Brain dit terwijl de as met de klok mee draait; of anders, als de leidende puls van kanaal twee komt, duidt dit op een rotatie tegen de klok in. Hierdoor kan de V5 Brain niet alleen de richting van de asrotatie bepalen, maar kan de Brain ook metingen optellen of aftrekken voor een nettowaarde van hoeveel de as heeft geroteerd.
| Afstand bepalen |
De optische as-encoder moet worden gekoppeld aan een programmeertaal zoals V5 of VEXcode Pro V5 om een gebruikersprogramma voor de hersenen te maken waarmee de signaalpulsen kunnen worden gebruikt om het gedrag van de robot te besturen.
De V5 Brain kan in combinatie met een gebruikersprogramma worden gebruikt om de pulsen van de optische as-encoder om te zetten in de richting van de asrotatie, de hoeveelheid asrotatie en de snelheid van de asrotatie. Als de grootte van de aandrijfwielen van de robot in het gebruikersprogramma is opgenomen, kan met behulp van de sensor ook de afstand die de robot aflegt en de snelheid van de robot worden bepaald/gestuurd.
| Binnenkant van de optische as-encoder |
Opmerking: Als de sleuven van de encoderschijf in de Optical Disk Encoder verstopt raken door stof en vuil, zullen de metingen van de sensor niet langer nauwkeurig zijn. Het is een goede gewoonte om af en toe het deksel van de behuizing te verwijderen en met ingeblikte lucht al het losse materiaal uit de binnenkant van de sensor te blazen.
Veelvoorkomend gebruik van een optische as-encoder:
Zoals eerder vermeld, kan een optische as-encoder de richting van de asrotatie, de hoeveelheid asrotatie en de snelheid van de asrotatie meten. De V5 Smart Motors beschikken echter ook over uitstekende interne encoders die dezelfde waarden kunnen meten zonder dat er een extra sensor nodig is. Niettemin zijn er enkele toepassingen waarin de Optical Shaft Encoder waardevolle meetwaarden kan opleveren. Enkele voorbeelden hiervan zijn:
Visualiseren van programmawaarden: Binnen een klaslokaal kan een optische as-encoder eenvoudig toegang bieden tot de waarden van de asrotatie of de assnelheid. Of de as nu wordt gebruikt op een manipulator zoals een arm of voor een wiel op een aandrijflijn, de door de sensor verzamelde waarden kunnen worden afgedrukt op het kleurenaanraakscherm van de V5 Brain of op het LED-display van de V5 Controller. Hierdoor kunnen de leerlingen direct zien welke waarden hun gebruikersprogramma's gebruiken om het gedrag van de robot te veranderen.
Input/Output-verhouding lezen: Een andere geweldige toepassing van een optische as-encoder in de klas is bij de studie van tandwielen en overbrengingsverhoudingen. Op de uitgaande as van de “aangedreven” zijde van de tandwiel/overbrengingsverhouding kan een Optical Shaft Encoder worden geplaatst. Er kan een vermogensoverdrachtsverhouding van 1:1 worden gebruikt om een verwachte uitgangswaarde voor de optische as-encoder vast te leggen wanneer de V5 Smart Motor is ingesteld op een bepaald vermogen/snelheid voor de “aandrijvende” zijde van de ingaande as. Vervolgens kunnen verschillende verhoudingen worden samengesteld en kan de verwachte output voor de verhouding worden vergeleken met de waarde voor de werkelijke output.
Hellingtesten: Een leuke onderzoeksactiviteit in de klas is om de leerlingen een “vrij rollend” karretje te laten samenstellen. Er kan een V5-besturingssysteem op de wagen worden geplaatst en een optische as-encoder wordt op een van de assen van de wagen geplaatst. Vervolgens kan een gebruikersprogramma worden gemaakt dat een aantal snelheden van de kar afdrukt terwijl deze van een helling afrolt. De leerlingen kunnen vervolgens verschillende aspecten van de helling of het karretje veranderen en de resultaten vergelijken van het karretje dat van de helling afrolt met de volgende iteratie.
Gebruik van een optische as-encoder op een wedstrijdrobot:
Vliegwielsnelheid: Sommige geavanceerde vliegwielontwerpen gebruiken een ratelsysteem om het vliegwiel aan te drijven dat een balspelstuk gooit. Dit wordt gedaan zodat terwijl er geen stroom wordt toegepast op het vliegwiel door de V5 Smart Motor, het vliegwiel vrij kan draaien in plaats van energie te verliezen aan de weerstand van de motor. Bij dit type ontwerp kan een optische as-encoder die op de as van het vliegwiel wordt geplaatst, een goede meetmethode bieden. Opmerking: Het maximale bereik voor nauwkeurige meting van het astoerental bedraagt ongeveer 1100 tpm.
| Geïsoleerd wiel/optische as-encoder op een veerbelast wielsamenstel |
Geïsoleerd wiel/optische as-encoder: Er kan zich een geval voordoen (duwen van spelstukken of andere factoren) waarbij een robot het slippen van het aandrijfwiel ervaart. Zodra de door een V5 Smart Motor aangedreven wielen beginnen te slippen, zijn de waarden van de encoders van de motor niet langer geldig. In dit geval kan een geïsoleerd omnidirectioneel wiel met een optische as-encoder op de as aan het chassis van de robot worden toegevoegd om de beweging van de robot nauwkeurig te meten. Het is raadzaam om dit wielsamenstel “veer” te laten belasten door het gebruik van elastiekjes of latexslangen. Dankzij dit ontwerp kan het meetwiel voldoende contact houden met het veldoppervlak zonder de aandrijfwielen van de vloer te tillen.
| Geïsoleerd wiel/optische as-encoder |
Als de aandrijflijn wielen heeft die niet door een motor worden aangedreven, zou een andere optie zijn om een Optical Shaft Encoder op een van de wielassen te plaatsen.
Ongeacht welke toepassing de richting van de asrotatie, de hoeveelheid asrotatie of de snelheid van de asrotatie moet worden gemeten, de optische as-encoder kan een nauwkeurige en effectieve sensor voor de meting bieden.