Opis

Optyczny enkoder wału to czujnik cyfrowy, który mierzy obrót wału za pomocą wewnętrznego dysku kodującego. Obudowa optycznego enkodera wału ma trzy szczelinowe otwory montażowe, które umożliwiają łatwy montaż do konstrukcji robota.

Obudowa posiada również zdejmowaną pokrywę, która umożliwia czyszczenie i inspekcję wewnętrznego dysku enkodera. W centrum obudowy znajduje się centralny koncentrator dysku enkodera. Ta piasta umożliwia włożenie przez nią kwadratowego wału, a gdy wał się obraca, obraca wewnętrzny dysk enkodera.

Kable „górne” i „dolne”
przewód-optyczny-wał.png

Enkoder optyczny wału jest jednym z serii czujników 3-Wire. Od strony obudowy czujnika wyprowadzone są dwa przewody 3-żyłowe. Kabel „Górny” to kabel najbliżej otworu montażowego obudowy, a kabel „Dolny” to ten, który znajduje się najbliżej środkowego koncentratora enkodera.

Ten czujnik 3-Wire jest kompatybilny z V5 Robot Brain lub Cortex. Kable czujnika można przedłużyć za pomocą 3-żyłowych przedłużaczy.

Aby enkoder optyczny wału działał z V5 Brain, oba kable czujnika muszą być całkowicie włożone do 3-przewodowych portów V5 Brain. Aby zmierzyć obrót wału zgodnie z ruchem wskazówek zegara jako kierunek dodatni/do przodu, kabel „Górny” musi być podłączony do portu 3-Wire, a kabel „Dolny” musi być podłączony do następnego wyższego portu 3-Wire.Uwaga: będą działać tylko określone pary portów (AB, CD, EF i GH).

Na przykład, kabel „Góra” czujnika może być podłączony do 3-przewodowego portu A, a następnie kabel „Dolny” będzie musiał być podłączony do 3-przewodowego portu B. Czujnik będzie działał, jeśli te kable zostaną odwrócone , jednak obrót w prawo będzie mierzony jako kierunek ujemny/odwrotny.

Enkoder wału optycznego jest dostępny w zestawie Advance Sensor lub jest dostępny jako zestaw 2 sztuk i można go kupić tutaj.

Enkoder optyczny wału Porty 3-przewodowe
Enkoder_wałka_optycznego..PNG 3-Wire_Port__-_2_ports.png

Jak działa optyczny enkoder wału:

Jak wspomniano wcześniej, optyczny enkoder wału ma wewnętrzny dysk kodujący z centralną piastą, przez którą wkładany jest wał, i będzie się on obracał wraz z obracaniem się wału. Dysk ma małe szczeliny na obwodzie dysku.

Dysk optyczny enkodera wału
Optical_shaft_disc.png
kleszcze-optyczne.png

Nad jedną stroną krawędzi dysku znajdują się dwa kanały diod IR LED, a po drugiej stronie dwa kanały czujników światła IR. Światło jest blokowane, gdy dysk obraca się z jednego gniazda do drugiego. Kiedy tak się dzieje, czujnik wykrywa to i wysyła cyfrowy impuls sygnału do mózgu V5. Ten impuls wskazuje, że wał obrócił się o jedno gniazdo. Jest 90 gniazd, więc 90 impulsów wskazuje, że wał wykonał 1 pełny obrót.

Schemat fazowy kanałów sygnałowych
Sygnał-faza.png

Dwa kanały czujnika są ustawione w taki sposób, że ich impulsy sygnału są przesunięte w fazie o 90lub. Dzięki temu sygnały z optycznego kodera wału mogą wskazywać, w którym kierunku obraca się dysk/wał kodera.

Na przykład, jeśli faza ma kanał pierwszy jako impuls wiodący, Mózg V5 odczytuje to, gdy wał obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara; lub jeśli wiodący impuls pochodzi z kanału drugiego, oznacza to obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. To nie tylko pozwala Mózgowi V5 określić kierunek obrotu wału, ale także pozwala Mózgowi dodawać lub odejmować odczyty dla wartości netto tego, jak bardzo wałek się obrócił.

Określanie odległości
określanie-odległości.png
równanie-odległości.png

Enkoder wału optycznego należy sparować z językiem programowania, takim jak VEXcode V5 lub VEXcode Pro V5, program użytkownika dla Mózgu do wykorzystywania impulsów sygnałowych do kontrolowania zachowania robota.

V5 Brain w połączeniu z programem użytkownika może być użyty do konwersji impulsów z optycznego enkodera wału na kierunek obrotu wału, wielkość obrotu wału i prędkość obrotu wału. Jeśli rozmiar kół napędowych robota jest uwzględniony w programie użytkownika, odległość, jaką pokonuje robot, oraz prędkość robota można również określić/kontrolować za pomocą czujnika.

Wnętrze enkodera wału optycznego
DSC_0227.JPG

Uwaga: Jeśli gniazda dysku kodującego w koderze dysku optycznego zostaną zatkane kurzem i zanieczyszczeniami, odczyty czujnik nie będzie już dokładny. Dobrą praktyką jest od czasu do czasu zdejmowanie osłony z obudowy i użycie powietrza w puszce do wydmuchania wszelkich luźnych materiałów z wnętrza czujnika.

Typowe zastosowania enkodera optycznego wału:

Jak wspomniano wcześniej, optyczny enkoder wału może mierzyć kierunek obrotu wału, wielkość obrotu wału i prędkość obrotu wału. Jednak silniki V5 Smart mają również doskonałe enkodery wewnętrzne, które mogą mierzyć te same wartości bez konieczności stosowania dodatkowego czujnika. Niemniej jednak istnieje kilka zastosowań, w których optyczny enkoder wału może dostarczyć cennych odczytów. Oto kilka przykładów:

Wizualizacja wartości programu: W klasie Shaft Encoder może zapewnić łatwy dostęp do wartości obrotów wału lub prędkości wału. Niezależnie od tego, czy wał jest używany w manipulatorze, takim jak ramię, czy koło w układzie napędowym, wartości zebrane z czujnika można wydrukować na kolorowym ekranie dotykowym V5 Brain lub na wyświetlaczu LED kontrolera V5. Pozwoli to uczniom bezpośrednio zobaczyć wartości, z których korzystają ich programy użytkownika, aby zmienić zachowanie robota.

Odczyt współczynnika wejścia/wyjścia: Innym świetnym zastosowaniem w klasie enkodera optycznego wału jest badanie koła zębatego i przełożenia. Enkoder optyczny wału można umieścić na wale wyjściowym po „napędzanej” stronie przełożenia koła zębatego. Współczynnik przenoszenia mocy 1:1 może być użyty do zarejestrowania oczekiwanego odczytu wyjściowego dla optycznego enkodera wału, gdy inteligentny silnik V5 jest ustawiony na określoną moc/prędkość dla strony „napędowej” wału wejściowego. Następnie można zestawić różne stosunki i oczekiwany wynik dla tego stosunku można porównać z odczytem dla rzeczywistej mocy.

OSE-InputOutput.png

Testowanie ramp: Zabawne ćwiczenie polegające na pytaniu w klasie uczniowie montują „wolnotoczący się” wózek. System sterowania V5 można umieścić na wózku, a optyczny enkoder wału jest włożony na jeden z wałków wózka. Następnie można stworzyć program użytkownika, który wydrukuje kilka prędkości wózka podczas zjeżdżania po rampie. Uczniowie mogą następnie zmienić różne aspekty rampy lub wózka i porównać wyniki zjeżdżania wózka po rampie z następną iteracją.

Zastosowania optycznego enkodera wału w robocie wyczynowym:

Prędkość koła zamachowego: Niektóre zaawansowane konstrukcje koła zamachowego wykorzystują system zapadkowy do kierowania kołem zamachowym, które rzuca pionkiem do gry w piłkę. Dzieje się tak, gdy silnik V5 Smart Motor nie dostarcza mocy do koła zamachowego, koło zamachowe może się swobodnie obracać, zamiast tracić energię z oporu silnika. W tego typu konstrukcji, optyczny enkoder wału umieszczony na wale koła zamachowego może zapewnić dobrą metodę jego pomiaru. Uwaga: Maksymalny zakres dokładnego pomiaru prędkości obrotowej wału wynosi około 1100 obr./min.

Izolowany enkoder koła/wału optycznego na sprężynowym zestawie koła
OpticalShaftEncoder-ArmWheel.png

Izolowane koło/enkoder wału optycznego: Może występować przypadek (popychanie elementów gry lub inne czynniki), w którym robot może doświadczyć poślizgu koła napędowego. Gdy tylko koła napędzane przez inteligentny silnik V5 zaczną się ślizgać, wartości z enkoderów silnika przestają obowiązywać. W takim przypadku do obudowy robota można dodać izolowane wielokierunkowe koło z optycznym koderem wału na jego wale, aby dokładnie zmierzyć ruch robota. Wskazane jest, aby ten zespół koła był obciążony „sprężyną” za pomocą gumek lub rurek lateksowych. Taka konstrukcja pozwoli na utrzymanie odpowiedniego kontaktu koła pomiarowego z powierzchnią pola bez podnoszenia kół napędowych z podłogi.

Izolowany enkoder koła / wału optycznego
OpticalShaftEncoder-Wheel.png

Jeśli układ napędowy ma koła, które nie są napędzane silnikiem, inną opcją byłoby umieszczenie optycznego kodera wału na jednym z wałków tych kół.

Bez względu na to, w jakim zastosowaniu należy zmierzyć kierunek obrotu wału, wielkość obrotu wału lub prędkość obrotu wału, optyczny enkoder wału może zapewnić dokładny i skuteczny czujnik do pomiaru.

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