Descrição
O Optical Shaft Encoder é um sensor digital que mede a rotação de um eixo usando um disco codificador interno. A carcaça do codificador de eixo óptico possui três orifícios de montagem com fenda para permitir fácil montagem na estrutura do robô.
A caixa também possui uma tampa removível que permite a limpeza e inspeção do disco codificador interno. No centro da caixa está o cubo central do disco codificador. Este cubo permite que um eixo quadrado seja inserido através dele e, à medida que o eixo gira, ele gira o disco codificador interno.
| Cabos "superior" e "inferior" |
O codificador de eixo óptico é um dos sensores da série de 3 fios. Na lateral da caixa do sensor existem dois cabos de 3 fios. O cabo “Superior” é o cabo mais próximo do orifício de montagem da caixa e o cabo “Inferior” é o mais próximo do hub central do encoder.
Este sensor de 3 fios é compatível com o V5 Robot Brain ou o Cortex. Os cabos do sensor podem ser estendidos usando Cabos de Extensão de 3 Fios.
Para que o codificador de eixo óptico funcione com o V5 Brain, ambos os cabos do sensor precisam ser totalmente inseridos nas portas de 3 fios do V5 Brain. Para medir a rotação no sentido horário de um eixo como uma direção positiva/para frente, o cabo “Superior” precisa ser conectado a uma porta de 3 fios e o cabo “Inferior” precisa ser conectado à próxima porta consecutiva de 3 fios mais alta. Nota: apenas pares específicos de portas funcionarão (AB, CD, EF e GH).
Por exemplo, o cabo “superior” do sensor pode ser conectado à porta A de 3 fios e, em seguida, o cabo “inferior” precisará ser conectado à porta B de 3 fios. , no entanto, uma rotação no sentido horário será medida como uma direção negativa/reversa.
O codificador de eixo óptico vem no Advance Sensor Kit ou está disponível em um pacote de 2 e pode ser adquirido aqui.
| Codificador de eixo óptico | Portas de 3 fios |
Como funciona o codificador de eixo óptico:
Conforme mencionado anteriormente, o codificador de eixo óptico possui um disco codificador interno com um cubo central através do qual um eixo será inserido e ele girará conforme o eixo gira. O disco possui pequenos slots ao redor da circunferência do disco.
| Disco codificador de eixo óptico |
Acima de um lado da borda do disco estão dois canais de luzes LED infravermelhas e do outro lado estão dois canais de sensores de luz infravermelha. A luz é bloqueada enquanto o disco gira de um slot para o outro. Quando isso acontece, o sensor detecta e envia um pulso de sinal digital para o V5 Brain. Este pulso indica que o eixo girou uma ranhura. Existem 90 slots, portanto 90 pulsos indicam que o eixo fez 1 rotação completa.
| Diagrama de fases de canais de sinal |
Os dois canais do sensor são configurados de forma que seus pulsos de sinal estejam defasados em 90o. Isso permite que os sinais do codificador de eixo óptico indiquem em qual direção o disco/eixo do codificador está girando.
Por exemplo, se a fase tiver o canal um como pulso principal, o Cérebro V5 lê isso enquanto o eixo está girando no sentido horário; ou então, se o pulso inicial for do canal dois, isso indica uma rotação no sentido anti-horário. Isso não apenas permite que o Brain V5 determine a direção de rotação do eixo, mas também permite que o Brain adicione ou subtraia leituras para obter um valor líquido de quanto o eixo girou.
| Determinando a distância |
O codificador de eixo óptico precisa ser emparelhado com uma linguagem de programação como VEXcode V5 ou VEXcode Pro V5 para criar um programa de usuário para o cérebro utilizar os pulsos de sinal para controlar o comportamento do robô.
O V5 Brain em conjunto com um programa do usuário pode ser usado para converter os pulsos do codificador de eixo óptico na direção de rotação do eixo, quantidade de rotação do eixo e velocidade de rotação do eixo. Se o tamanho das rodas motrizes do robô estiver incluído no programa do usuário, a distância que o robô percorre e a velocidade do robô também podem ser determinadas/controladas usando o sensor.
| Interior do codificador de eixo óptico |
Nota: Se as ranhuras do disco codificador dentro do codificador de disco óptico ficarem obstruídas com poeira e detritos, as leituras do sensor não serão mais precisas. É uma boa prática remover ocasionalmente a tampa da caixa e usar ar comprimido para soprar qualquer material solto do interior do sensor.
Usos comuns de um codificador de eixo óptico:
Conforme mencionado anteriormente, um codificador de eixo óptico pode medir a direção de rotação do eixo, a quantidade de rotação do eixo e a velocidade de rotação do eixo. No entanto, os V5 Smart Motors também possuem excelentes codificadores internos que podem medir os mesmos valores sem a necessidade de um sensor adicional. No entanto, existem algumas aplicações nas quais o codificador de eixo óptico pode fornecer leituras valiosas. Alguns exemplos disso são:
Visualização dos valores do programa: Em uma sala de aula, um codificador óptico de eixo pode fornecer acesso fácil aos valores de rotação ou velocidade do eixo. Quer o eixo seja usado em um manipulador, como um braço, ou em uma roda em um sistema de transmissão, os valores coletados do sensor podem ser impressos na tela colorida sensível ao toque do V5 Brain ou no display LED do controlador V5. Isso permitirá que os alunos vejam diretamente os valores que seus programas de usuário estão utilizando para mudar o comportamento do robô.
Leitura da relação de entrada/saída: Outro ótimo uso em sala de aula de um codificador de eixo óptico é no estudo da roda dentada e das relações de engrenagens. Um codificador de eixo óptico pode ser colocado no eixo de saída do lado “acionado” da relação roda dentada/engrenagem. Uma taxa de transferência de potência de 1:1 pode ser usada para registrar uma leitura de saída esperada para o codificador de eixo óptico quando o motor inteligente V5 estiver configurado para uma determinada potência/velocidade para o lado “acionador” do eixo de entrada. Em seguida, diferentes proporções podem ser montadas e o resultado esperado para a relação pode ser comparado com a leitura da saída real.
Teste de rampa: Uma atividade divertida de investigação em sala de aula é fazer com que os alunos montem um carrinho “que rola livremente”. Um sistema de controle V5 pode ser colocado no carrinho e um codificador de eixo óptico é inserido em um dos eixos do carrinho. Em seguida, pode ser feito um programa de usuário que imprimirá várias velocidades do carrinho à medida que ele desce uma rampa. Os alunos podem então alterar diferentes aspectos da rampa ou do carrinho e comparar os resultados do carrinho descendo a rampa com a próxima iteração.
Usos de um codificador de eixo óptico em um robô de competição:
Velocidade do volante: Alguns designs avançados de volante usam um sistema de catraca para acionar o volante que lança uma peça de jogo de bola. Isso é feito enquanto a energia não está sendo aplicada ao volante pelo V5 Smart Motor, o volante pode girar livremente em vez de perder energia da resistência do motor. Neste tipo de projeto, um codificador óptico de eixo inserido no eixo do volante pode fornecer um bom método para sua medição. Observação: A faixa máxima para medição precisa da velocidade de rotação do eixo é de cerca de 1100 RPM.
| Codificador de roda isolado/eixo óptico em um conjunto de roda com mola |
Codificador de roda isolada/eixo óptico: Pode haver um caso (empurrar peças do jogo ou outros fatores) em que um robô pode experimentar deslizamento da roda motriz. Assim que as rodas movidas por um V5 Smart Motor começarem a patinar, os valores dos codificadores do motor não serão mais válidos. Neste caso, uma roda omnidirecional isolada com um codificador de eixo óptico em seu eixo pode ser adicionada ao chassi do robô para medir com precisão o movimento do robô. É aconselhável ter este conjunto de roda carregado com “mola” através do uso de elásticos ou tubos de látex. Este projeto permitirá que a roda de medição mantenha contato adequado com a superfície do campo sem levantar as rodas motrizes do chão.
| Codificador de roda isolado/eixo óptico |
Se o trem de força possuir rodas que não são movidas por motor, outra opção seria colocar um codificador de eixo óptico em um dos eixos dessas rodas.
Não importa qual aplicação a direção de rotação do eixo, a quantidade de rotação do eixo ou a velocidade de rotação do eixo precisem ser medidas, o codificador óptico de eixo pode fornecer um sensor preciso e eficaz para a medição.