Opis
Optyczny enkoder wału to czujnik cyfrowy, który mierzy obrót wału za pomocą wewnętrznego dysku enkodera. Obudowa enkodera z wałkiem optycznym posiada trzy szczelinowe otwory montażowe umożliwiające łatwy montaż do konstrukcji robota.
Obudowa posiada również zdejmowaną pokrywę, która umożliwia czyszczenie i kontrolę wewnętrznej tarczy enkodera. W środku obudowy znajduje się centralna piasta dysku enkodera. Piasta ta pozwala na wprowadzenie przez nią kwadratowego wału, który obracając się, obraca wewnętrzny dysk enkodera.
| Kable „górne” i „dolne”. |
Enkoder z wałkiem optycznym to jeden z czujników z serii 3-przewodowych. Od strony obudowy czujnika wyprowadzone są dwa kable 3-żyłowe. Kabel „Górny” to kabel znajdujący się najbliżej otworu montażowego obudowy, a kabel „Dolny” to ten położony najbliżej środkowej piasty enkodera.
Ten 3-przewodowy czujnik jest kompatybilny z mózgiem robota V5 lub korą. Kable czujnika można przedłużyć za pomocą przedłużaczy -żyłowych.
Aby enkoder optyczny działał z V5 Brain, oba kable czujnika muszą być całkowicie włożone do 3-przewodowych portów V5 Brain. Aby zmierzyć obrót wału w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara w kierunku dodatnim/do przodu, kabel „Górny” należy podłączyć do portu 3-przewodowego, a kabel „Dolny” należy podłączyć do następnego wyższego kolejnego portu 3-przewodowego. Uwaga: będą działać tylko określone pary portów (AB, CD, EF i GH).
Na przykład „górny” kabel czujnika można podłączyć do 3-żyłowego portu A, a następnie „dolny” kabel należy podłączyć do 3-żyłowego portu B. Czujnik będzie działał, jeśli te kable zostaną zamienione miejscami , jednak obrót w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara będzie mierzony jako kierunek ujemny/odwrotny.
Enkoder optyczny wału jest dostępny w zestawie czujników Advance Sensor Kit lub w pakiecie 2 sztuk i można kupić tutaj.
| Enkoder wału optycznego | Porty 3-przewodowe |
Jak działa enkoder optyczny:
Jak wspomniano wcześniej, enkoder z wałem optycznym ma wewnętrzny dysk enkodera z centralną piastą, przez którą należy włożyć wał, który będzie się obracał wraz z obrotem wału. Dysk ma małe szczeliny na obwodzie dysku.
| Dysk enkodera z wałkiem optycznym |
Powyżej jednej strony krawędzi dysku znajdują się dwa kanały diod LED IR, a po drugiej stronie dwa kanały czujników światła IR. Światło jest blokowane, gdy dysk obraca się z jednego gniazda do drugiego. Kiedy tak się stanie, czujnik wykrywa to i wysyła cyfrowy impuls sygnałowy do mózgu V5. Impuls ten wskazuje, że wał obrócił się o jedną szczelinę. Jest 90 szczelin, więc 90 impulsów oznacza, że wał wykonał 1 pełny obrót.
| Schemat fazowy kanałów sygnałowych |
Obydwa kanały czujnika są skonfigurowane w taki sposób, że ich impulsy sygnałowe są przesunięte w fazie o 90o. Dzięki temu sygnały z enkodera optycznego mogą wskazywać, w jakim kierunku obraca się dysk/wałek enkodera.
Na przykład, jeśli faza ma kanał pierwszy jako impuls wiodący, mózg V5 odczytuje to, gdy wał obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara; w przeciwnym razie, jeśli impuls wiodący pochodzi z kanału drugiego, oznacza to obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Pozwala to nie tylko mózgowi V5 określić kierunek obrotu wału, ale także pozwala mu dodawać lub odejmować odczyty w celu uzyskania wartości netto tego, jak bardzo wał się obrócił.
| Określanie odległości |
Enkoder optyczny należy sparować z językiem programowania, takim jak VEXcode V5 lub VEXcode Pro V5, aby utworzyć program użytkownika dla mózgu, który będzie wykorzystywał impulsy sygnału do sterowania zachowaniem robota.
V5 Brain w połączeniu z programem użytkownika może zostać użyty do konwersji impulsów z optycznego enkodera wału na kierunek obrotu wału, wielkość obrotu wału i prędkość obrotu wału. Jeśli w programie użytkownika uwzględniono rozmiar kół napędowych robota, odległość, jaką robot pokonuje, oraz prędkość robota można również określić/kontrolować za pomocą czujnika.
| Wnętrze enkodera z wałkiem optycznym |
Uwaga: Jeśli szczeliny dysku enkodera w enkoderze dysku optycznego zostaną zatkane kurzem i zanieczyszczeniami, odczyty czujnika nie będą już dokładne. Dobrą praktyką jest od czasu do czasu zdjęcie pokrywy z obudowy i użycie sprężonego powietrza w celu wydmuchania luźnych materiałów z wnętrza czujnika.
Typowe zastosowania enkodera z wałkiem optycznym:
Jak wspomniano wcześniej, optyczny enkoder wału może mierzyć kierunek obrotu wału, wielkość obrotu wału i prędkość obrotu wału. Jednakże inteligentne silniki V5 mają również doskonałe wewnętrzne enkodery, które mogą mierzyć te same wartości bez konieczności stosowania dodatkowego czujnika. Niemniej jednak istnieją pewne zastosowania, w których enkoder z wałkiem optycznym może zapewnić cenne odczyty. Oto kilka przykładów:
Wizualizacja wartości programu: W klasie, optyczny enkoder wału może zapewnić łatwy dostęp do wartości obrotu wału lub prędkości wału. Niezależnie od tego, czy wał jest używany w manipulatorze, takim jak ramię, czy w kole w układzie napędowym, wartości zebrane z czujnika można wydrukować na kolorowym ekranie dotykowym V5 Brain lub na wyświetlaczu LED kontrolera V5. Dzięki temu uczniowie będą mogli bezpośrednio zobaczyć wartości wykorzystywane przez programy użytkownika do zmiany zachowania robota.
Odczyt stosunku wejścia/wyjścia: Innym świetnym zastosowaniem optycznego enkodera wału w klasie jest badanie kół zębatych i przełożeń przekładni zębatych. Enkoder wału optycznego można umieścić na wale wyjściowym po „napędzanej” stronie przełożenia koło zębate/przekładnia. Do zarejestrowania oczekiwanego odczytu wyjściowego dla enkodera wału optycznego można zastosować współczynnik przeniesienia mocy 1:1, gdy inteligentny silnik V5 jest ustawiony na określoną moc/prędkość po stronie „napędowej” wału wejściowego. Następnie można zestawić różne współczynniki, a oczekiwany wynik współczynnika można porównać z odczytem rzeczywistego wyjścia.
Testowanie na rampie: Zabawną zabawą polegającą na dociekaniu w klasie jest poproszenie uczniów o złożenie „swobodnie toczącego się” wózka. Na wózku można umieścić system sterowania V5, a na jednym z wałków wózka umieścić enkoder optyczny. Następnie można utworzyć program użytkownika, który wydrukuje kilka prędkości wózka podczas zjeżdżania z rampy. Następnie uczniowie mogą zmieniać różne aspekty rampy lub wózka i porównywać wyniki zjeżdżania wózka po rampie w następnej iteracji.
Zastosowania enkodera z wałkiem optycznym w robocie wyczynowym:
Prędkość koła zamachowego: Niektóre zaawansowane konstrukcje kół zamachowych wykorzystują system zapadkowy do napędzania koła zamachowego, które rzuca piłką. Dzieje się tak, gdy silnik V5 Smart Motor nie dostarcza mocy do koła zamachowego, koło zamachowe może się swobodnie obracać, zamiast tracić energię na skutek oporu silnika. W tego typu konstrukcji dobrą metodą pomiaru może być enkoder optyczny umieszczony na wale koła zamachowego. Uwaga: Maksymalny zakres dokładnego pomiaru prędkości obrotowej wału wynosi około 1100 obr./min.
| Izolowane koło/enkoder z wałem optycznym na zestawie koła sprężynowego |
Izolowane koło/koder optyczny: Może zaistnieć sytuacja (przepychanie elementów gry lub inne czynniki), w której robot może doświadczyć poślizgu koła napędowego. Gdy tylko koła napędzane silnikiem V5 Smart Motor zaczną się ślizgać, wartości z enkoderów silnika tracą ważność. W takim przypadku do obudowy robota można dodać izolowane koło dookólne z enkoderem optycznym na wale, aby dokładnie mierzyć ruch robota. Wskazane jest, aby ten zespół koła był obciążony „sprężyną” za pomocą gumek lub rurek lateksowych. Taka konstrukcja umożliwi utrzymanie koła pomiarowego odpowiedniego kontaktu z powierzchnią pola bez konieczności odrywania kół napędowych od podłoża.
| Izolowane koło/enkoder optyczny |
Jeśli układ napędowy ma koła, które nie są napędzane silnikiem, inną opcją byłoby umieszczenie enkodera wałka optycznego na jednym z wałków tych kół.
Niezależnie od zastosowania, w jakim należy zmierzyć kierunek obrotu wału, wielkość obrotu wału lub prędkość obrotu wału, optyczny enkoder wału może zapewnić dokładny i skuteczny czujnik do pomiaru.