Korzystanie z 3-przewodowego dalmierza ultradźwiękowego V5

Opis

Dalmierz ultradźwiękowy to czujnik wykorzystujący dźwięk ultradźwiękowy do echolokacji w celu pomiaru odległości pomiędzy czujnikiem a obiektem, od którego odbija się dźwięk. Dalmierz jest jednym z czujników serii 3-Wire. Posiada dwa kable 3-żyłowe. Dostępny jest czarny, czerwony i pomarańczowy kabel „wyjściowy”, który przekazuje zasilanie do głośnika 40 kHz; oraz czarny, czerwony i żółty kabel wejściowy, który wysyła sygnał z powrotem z odbiornika mikrofonu wysokiej częstotliwości. (Uwaga: normalny zakres słyszenia mieści się zazwyczaj w przedziale od 0,02 kHz do 20 kHz, zatem dźwięk wytwarzany przez ten czujnik powinien znacznie przewyższać dźwięk słyszalny przez większość ludzi.)

Czujniki 3-przewodowe są kompatybilne z robotem V5 Brain lub Cortex. Kable czujników można przedłużyć za pomocą 3-żyłowych kabli przedłużających.

Aby dalmierz ultradźwiękowy działał z V5 Brain, oba kable czujnika muszą być całkowicie podłączone do 3-przewodowych portów V5 Brain. Kabel wyjściowy należy podłączyć do portu 3-przewodowego, a kabel wejściowy należy podłączyć do kolejnego portu 3-przewodowego.

Na przykład kabel (czarny, czerwony i pomarańczowy) oznaczony „OUTPUT” na czujniku można podłączyć do 3-przewodowego portu A, a następnie kabel (czarny, czerwony i żółty) oznaczony „INPUT” będzie musiał podłączyć do 3-przewodowego portu B.Uwaga: będą działać tylko określone pary portów (AB, CD, EF i GH).

Dalmierz ultradźwiękowy wchodzi w skład Zaawansowanego zestawu czujników i można go również kupić tutaj.

Dalmierz Dwa porty 3-przewodowe
Ultrasonic_Range_Finder.jpg Ultrasonic_Range_Finder_Plug.png

Jak działa dalmierz ultradźwiękowy

Ultradźwiękowy czujnik dalmierza umożliwia robotowi wykrywanie przeszkód na swojej drodze za pomocą fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości. Czujnik emituje falę dźwiękową o częstotliwości 40 kHz, która odbija się od powierzchni odbijającej i powraca do czujnika. Następnie, wykorzystując czas potrzebny fali na powrót do czujnika, można obliczyć odległość do obiektu.

Użyteczny zakres dalmierza wynosi od 1,5” (3,0 cm) do 115” (300 cm). Kiedy czujnik próbuje zmierzyć obiekt w odległości mniejszej niż 1,5 cala, dźwięk odbija się echem zbyt szybko, aby czujnik mógł go wykryć, a znacznie powyżej 115 cali natężenie dźwięku jest zbyt słabe, aby je wykryć.

Właściwości fal dźwiękowych wpływają na ten zakres. Na przykład, jeśli wykrywany obiekt nie ma twardej powierzchni (np. duże kostki z tkaniny używane w grze VRC Star strike z lat 2016–2017, Star strike), fale dźwiękowe mogą zostać pochłonięte, a czujnik może nie zwrócić dokładnego odczytu .

Dodatkowo, jeżeli wykrywany obiekt ma kształt kuli lub ma nieregularny kształt, fale dźwiękowe mogą zostać rozproszone i spowodować zwrócenie przez czujnik szerokiego zakresu wartości. Jednakże dalmierz ultradźwiękowy zapewnia użyteczny i dokładny pomiar, gdy jest używany do pomiaru odległości do płaskiej, twardej powierzchni.

Dalmierz ultradźwiękowy należy sparować z językiem programowania, takim jak VEXcode V5lub VEXcode Pro V5, aby utworzyć program użytkownika dla mózgu, który będzie wykorzystywał wartość odległości z czujnika do sterowania robotem. Dalmierz może mierzyć odległość w calach lub milimetrach.

Typowe zastosowania dalmierza ultradźwiękowego:

Dalmierz ultradźwiękowy to rodzaj czujnika zbliżeniowego, co oznacza, że ​​może wykryć obiekt bez dotykania go. Oznacza to, że czujnik może wykryć przeszkodę na drodze robota, zanim w nią uderzy. Oto kilka przykładów wykorzystania dalmierza ultradźwiękowego:

Unikanie przeszkód: Dzięki wczesnemu wykryciu obiektu można zaprogramować robota, aby się zatrzymał lub odwrócił, aby ominąć przeszkodę, niezależnie od tego, czy przeszkodą jest element pola, element gry czy inny robot.

Dalmierze ultradźwiękowe są używane w wielu samochodach do wykrywania obiektów na swojej drodze i ostrzegania kierowcy lub podejmowania działań wymijających.

Kontrola gestów: Ciekawym ćwiczeniem w klasie jest ustawienie dalmierza ultradźwiękowego w taki sposób, aby można było poruszać ręką w określonym zakresie odległości od czujnika. Kiedy robot wykryje ten ruch, może zmienić swoje zachowanie. Można to na przykład wykorzystać jako zdarzenie, w którym robot nie ruszy się, dopóki nie machnie się ręką nad czujnikiem. W większości gier robotyki obowiązują szczególne zasady zabraniające tego typu interakcji człowieka z robotem podczas autonomicznego okresu meczu.

Nawigacja: Dalmierz ultradźwiękowy może zostać wykorzystany w pętli sterowania ze sprzężeniem zwrotnym w celu kontrolowania zachowania robota. Mogą to być zachowania, takie jak oddalenie się na pewną odległość od ściany i zatrzymanie się, przesunięcie się na pewną odległość w kierunku ściany, a następnie obrócenie się, aby podróżować w innym kierunku, lub zatrzymanie się na odpowiednią odległość od obiektu, tak aby ramię i pazur znalazły się dokładnie w tej samej odległości. właściwą pozycję do podniesienia przedmiotu.

Gdy robot do nawigacji korzysta z dalmierza ultradźwiękowego, pomocne może być zastosowanie kontroli proporcjonalnego sprzężenia zwrotnego. Oznacza to, że błąd (różnica między docelową odległością robota a jego rzeczywistą odległością) jest wykorzystywany do dostosowania procentowej mocy układu napędowego.

Powoduje to, że robot zwalnia w miarę zbliżania się do żądanej odległości (ponieważ błąd jest mniejszy), aż osiągnie określoną odległość docelową i zatrzymuje się. Ta technika pomoże robotowi uniknąć przekroczenia docelowej odległości, co może się zdarzyć, jeśli jego prędkość poruszania się będzie zbyt duża.

Zastosowania dalmierzy ultradźwiękowych w robocie wyczynowym:

Dalmierze ultradźwiękowe mogą być niezwykle przydatne, gdy są używane w robocie wyczynowym. Oprócz wspomnianego już unikania przeszkód i nawigacji, na robocie można zamontować parę dalmierzy w celu wykonywania niektórych zaawansowanych zachowań. Te dwa czujniki należy zamontować po tej samej stronie robota i oddzielić je pewną odległością, np. umieszczając je w przeciwległych rogach boku podwozia.

Orientacja i celowanie: Gdy dwa dalmierze ultradźwiękowe są zamontowane w pewnej odległości między sobą, każdy z nich może mierzyć dwie odległości od ściany obwodowej pola lub innych płaskich elementów pola. Wykorzystując ustawioną odległość między czujnikami i różnicę między dwiema zmierzonymi odległościami, V5 Brain może obliczyć kąt, pod jakim robot jest zorientowany w stosunku do ściany.

Pomiary te można wykorzystać do dostosowania kąta robota, zanim rozpocznie on kolejny krok na autonomicznej ścieżce, lub można je wykorzystać do namierzenia i dostosowania manipulatora rzucającego niczym koła zamachowego, zanim wystrzeli on swój pionek.

Weryfikacja wtórna: Stosując tę ​​samą technikę, którą opisano dla orientacji i celowania, do pomiaru kąta robota można użyć dwóch dalmierzy ultradźwiękowych. W tym przypadku kąt można wykorzystać do sprawdzenia odczytu pomiaru czujnika głównego (takiego jak czujnik żyroskopowy/inercyjny) w określonym punkcie podczas złożonej autonomicznej ścieżki.

Jeśli dalmierze wskażą, że robot odszedł od oczekiwanej orientacji, robota można wyregulować i ponownie skalibrować przy użyciu odczytów z dwóch dalmierzy, zanim zacznie kontynuować swoją podróż z wykorzystaniem głównego czujnika.

Niezależnie od tego, czy dalmierz ultradźwiękowy jest używany do prostych czynności, takich jak zatrzymanie się 10 cali od ściany obwodowej, czy do bardzo złożonej funkcji, jak dokładne wystrzelenie piłki w celu uderzenia flagi z drugiego końca pola gry, właściwości fal dźwiękowych, które są podstawą Należy wziąć pod uwagę pomiar czujnika. Innymi słowy, podczas pomiaru odległości do powierzchni okrągłych, o nieregularnym kształcie lub miękkich powierzchni absorbujących nie należy oczekiwać, że wartości z dalmierza ultradźwiękowego będą spójne i dokładne.

Podobnie jak w przypadku większości czujników, dalmierze ultradźwiękowe są używane głównie podczas autonomicznej części meczu, jednak przy odrobinie kreatywnego myślenia najlepsze drużyny mogą używać czujników, aby zwiększyć kontrolę kierowcy nad robotem.

For more information, help, and tips, check out the many resources at VEX Professional Development Plus

Last Updated: