Описание
Ультразвуковой дальномер — это датчик, который использует ультразвуковой звук для эхолокации, чтобы измерить расстояние между датчиком и объектом, от которого отражается звук. Дальномер является одним из датчиков серии 3-Wire. Он имеет два 3-проводных кабеля. Имеется черный, красный и оранжевый «выходной» кабель, который подает питание на динамик частотой 40 кГц; и черный, красный и желтый «входной» кабель, который отправляет сигнал обратно от приемника высокочастотного микрофона. (Примечание: нормальный диапазон слышимости обычно составляет от 0,02 до 20 кГц, поэтому звук, создаваемый этим датчиком, должен быть значительно выше того, что слышит большинство людей.)
3-проводные датчики совместимы с мозгом робота V5 или Cortex. Их сенсорные кабели можно удлинить с помощью 3-проводных удлинительных кабелей.
Чтобы ультразвуковой дальномер работал с мозгом V5, оба кабеля датчика быть полностью вставлены в-проводные порты мозга V5. Выходной кабель необходимо подключить к 3-проводному порту, а входной кабель необходимо подключить к следующему последовательному 3-проводному порту.
Например, кабель (черный, красный и оранжевый) с маркировкой «ВЫХОД» на датчике можно подключить к 3-проводному порту А, а затем необходимо будет подключить кабель (черный, красный и желтый) с маркировкой «ВХОД». быть подключен к 3-проводному порту B.Примечание. Будут работать только определенные пары портов (AB, CD, EF и GH).
Ультразвуковой дальномер входит в комплект датчика и его также можно приобрести здесь.
| Дальномер | Два 3-проводных порта |
|---|---|
Как работает ультразвуковой дальномер
Датчик ультразвукового дальномера позволяет роботу обнаруживать препятствия на своем пути с помощью высокочастотных звуковых волн. Датчик излучает звуковую волну частотой 40 кГц, которая отражается от отражающей поверхности и возвращается к датчику. Затем, используя время, необходимое волне для возвращения к датчику, можно вычислить расстояние до объекта. Этот процесс показан в анимации ниже.
Полезный диапазон дальномера составляет от 1,5 дюйма (3,0 см) до 115 дюймов (300 см). Когда датчик пытается измерить объект на расстоянии менее 1,5 дюймов, звук отражается слишком быстро, чтобы датчик мог его обнаружить, а на расстоянии более 115 дюймов интенсивность звука слишком слаба для обнаружения.
На этот диапазон влияют свойства звуковых волн. Например, если обнаруживаемый объект не имеет твердой поверхности (например, большие кубики ткани, использованные в игре VRC 2016–2017 гг., Star hit), звуковые волны могут поглощаться, и датчик может не возвращать точные показания. .
Кроме того, если обнаруживаемый объект имеет сферическую форму, например шар, или неправильную форму, звуковые волны могут рассеиваться и вызывать возврат широкого диапазона значений от датчика. Однако ультразвуковой дальномер обеспечивает полезную точность измерений при измерении расстояния до плоской твердой поверхности.
Ультразвуковой дальномер должен быть сопряжен с языком программирования, таким как VEXcode V5или VEXcode Pro V5, чтобы создать пользовательскую программу для Brain, которая будет использовать значение расстояния от датчика для управления роботом. Дальномер может измерять расстояние в дюймах или миллиметрах.
Основные области применения ультразвукового дальномера:
Ультразвуковой дальномер — это тип датчика приближения, который означает, что он может обнаруживать объект, не касаясь его. Это означает, что датчик может обнаружить препятствие на пути робота еще до того, как он столкнется с ним. Некоторые примеры использования ультразвукового дальномера включают в себя:
Обход препятствий: При раннем обнаружении объекта робот может быть запрограммирован на остановку или поворот, чтобы избежать препятствия, независимо от того, является ли это препятствие элементом поля, игровой фигурой или другим роботом.
дальномеры используются во многих автомобилях для обнаружения объектов на их пути и оповещения водителя или принятия мер по уклонению от столкновения. На ниже анимации показано использование ультразвукового дальномера для предотвращения столкновения с стеной.
Управление жестами: Интересное занятие в классе — расположить ультразвуковой дальномер так, чтобы можно было перемещать руку в пределах определенного диапазона расстояний от датчика. Когда робот обнаруживает это движение, он может изменить свое поведение. Например, это можно использовать как событие, при котором робот не будет двигаться, пока над датчиком не будет проведена рука. В большинстве робототехнических игр есть специальные правила, запрещающие этот тип взаимодействия человека с роботом в течение автономного периода матча.
Навигация: Ультразвуковой дальномер может использоваться в контуре обратной связи для управления поведением робота. Это могут быть такие действия, как отход на определенное расстояние от стены и остановка, движение на определенное расстояние к стене с последующим поворотом в другом направлении, или остановка на нужном расстоянии от объекта, чтобы рука и клешня оказались в нужном положении для его подъема. Посмотрите анимацию ниже, чтобы увидеть, ультразвуковой дальномер используется для обнаружения объекта перед захватом и его последующего подъема.
Когда робот использует ультразвуковой дальномер для навигации, может быть полезно использовать пропорциональное управление с обратной связью. Это означает, что ошибка (разница между целевым расстоянием робота и его фактическим расстоянием) используется для регулировки процентной мощности трансмиссии.
Это приводит к замедлению робота по мере приближения к желаемому расстоянию (поскольку ошибка меньше), пока он не достигнет указанного целевого расстояния и не остановится. Этот метод поможет роботу не превысить заданное расстояние, что может произойти, если скорость его движения слишком высока.
Использование ультразвуковых дальномеров на соревновательном роботе:
Ультразвуковые дальномеры могут быть чрезвычайно полезны при использовании на соревновательном роботе. В дополнение к уже упомянутым функциям обхода препятствий и навигации, на робота можно установить пару дальномеров для некоторых продвинутых функций. Эти два датчика необходимо будет установить на одной стороне робота и на некотором расстоянии друг от друга, например, разместив их в противоположных углах стороны шасси.
Ориентация и наведение: Когда два ультразвуковых дальномера установлены на определенном расстоянии друг от друга, каждый из них может измерять два расстояния до стены по периметру поля или других плоских элементов поля. Используя установленное расстояние между датчиками и любую разницу между двумя измеренными расстояниями, V5 Brain может рассчитать угол, под которым робот ориентирован относительно стены.
измерения можно использовать для корректировки угла наклона робота перед началом следующего шага по автономной траектории, или же для наведения и регулировки метательного манипулятора, например, маховика, перед тем, как он выстрелит своей игровой фигурой. Посмотрите анимацию ниже, чтобы увидеть ультразвуковой дальномер, прикрепленный к роботизированной руке для точного позиционирования игрового объекта в ворота.
Вторичная проверка: Используя ту же технику, что описана для ориентации и наведения, можно использовать два ультразвуковых дальномера для измерения угла робота. В этом случае угол можно использовать для проверки показаний основного датчика (например, гироскопа/инерциального датчика) в заданной точке во время сложного автономного пути.
Если дальномеры показывают, что робот отклонился от ожидаемой ориентации, робота можно отрегулировать и повторно откалибровать, используя показания двух дальномеров, прежде чем он продолжит свой путь с использованием основного датчика.
Независимо от того, используется ли ультразвуковой дальномер для простых действий, таких как остановка в 10 дюймах от стены по периметру, или для очень сложных функций, таких как точный бросок мяча, чтобы поразить флаг с другой стороны игрового поля, свойства звуковых волн являются основой необходимо учитывать измерения датчика. Другими словами, при измерении расстояний до круглых, неправильной формы или мягких поглощающих поверхностей не ожидайте, что значения ультразвукового дальномера будут постоянными или точными.
Как и большинство датчиков, ультразвуковые дальномеры используются в основном во время автономной части матча, однако, проявив творческий подход, лучшие команды могут использовать датчики для улучшения контроля водителя над роботом.