Использование 3-проводного оптического энкодера V5 – Библиотека VEX

Описание

Оптический датчик вала — это цифровой датчик, который измеряет вращение вала с помощью внутреннего диска датчика. Корпус оптического энкодера имеет три прорезных монтажных отверстия, что позволяет легко крепить его к конструкции робота.

Корпус также имеет съемную крышку, которая позволяет очищать и проверять внутренний диск энкодера. В центре корпуса находится центральная ступица диска энкодера. В эту ступицу можно вставить квадратный вал, который, вращаясь, вращает внутренний диск энкодера.

Вид под углом на датчик оптического энкодера вала, показаны два его кабеля, обозначенные как «верхний провод» и «нижний провод».

Оптический датчик вала относится к серии 3-проводных датчиков. Со стороны корпуса датчика отведены два 3-проводных кабеля. «Верхний» кабель — это кабель, ближайший к монтажному отверстию корпуса, а «Нижний» кабель — это кабель, ближайший к центральному концентратору энкодера.

Этот 3-проводной датчик совместим с роботизированным мозгом V5 или Cortex. Кабели датчика можно удлинить с помощью -проводных удлинительных кабелей.

Чтобы оптический энкодер мог работать с мозгом V5, оба кабеля датчика должны быть полностью вставлены в 3-проводные порты мозга V5. Для измерения вращения вала по часовой стрелке в положительном/прямом направлении «Верхний» кабель необходимо подключить к 3-проводному порту, а «Нижний» кабель необходимо подключить к следующему по порядку 3-проводному порту более высокого уровня. Примечание. Будут работать только определенные пары портов (AB, CD, EF и GH).

Например, «верхний» кабель датчика можно подключить к 3-проводному порту A, а затем «нижний» кабель необходимо подключить к 3-проводному порту B. Датчик будет работать, если перепутать эти кабели. , однако вращение по часовой стрелке будет считаться отрицательным/обратным направлением.

Оптический энкодер вала входит в Advance Sensor или доступен в виде упаковки из 2 штук и может быть приобретен здесь.

Вид под углом на устройство оптического энкодера вала V5.

Блок управления V5 с двумя 3-проводными кабелями, подключенными к его 3-проводным портам.

Принцип работы оптического энкодера вала:

Как упоминалось ранее, оптический энкодер имеет внутренний диск энкодера с центральной ступицей, через которую вставляется вал, и он будет вращаться при вращении вала. Диск имеет небольшие прорези по окружности диска.

Две схемы, демонстрирующие внутренний механизм оптического энкодера вала. Изображен диск, имеющий 90 прорезей вдоль своего внешнего края. С одной стороны диска расположены два инфракрасных светодиода, а с другой — два инфракрасных датчика, считывающих вращение диска.

На схеме диск расположен рядом с измерительной линией, стрелки указывают на то, что диск катится. На отметке указано, что 90 делений на измерительной линии соответствуют одному полному обороту диска.

Над одной стороной края диска расположены два канала ИК-светодиодов, а с другой стороны — два канала ИК-датчиков света. Свет блокируется, когда диск вращается от одного слота к другому. Когда это происходит, датчик обнаруживает это и отправляет импульс цифрового сигнала в мозг V5. Этот импульс указывает на то, что вал повернулся на один паз. Имеется 90 пазов, поэтому 90 импульсов указывают на то, что вал совершил 1 полный оборот.

Фазовая диаграмма двух сигнальных каналов во времени. На диаграмме показано, что сигналы чередуются на 90 градусов относительно длины сигнала, поэтому изменение сигнала на канале 1 обнаруживается каналом 2 с небольшой задержкой.

Два канала датчика настроены так, что их сигнальные импульсы сдвинуты по фазе на 90^o. Это позволяет сигналам оптического энкодера указывать, в каком направлении вращается диск/вал энкодера.

Например, если фаза имеет первый канал в качестве ведущего импульса, мозг V5 считывает его, когда вал вращается по часовой стрелке; или же, если опережающий импульс поступает из второго канала, это указывает на вращение против часовой стрелки. Это не только позволяет мозгу V5 определять направление вращения вала, но также позволяет мозгу добавлять или вычитать показания для получения чистого значения того, насколько сильно вращался вал.

Диаграмма, демонстрирующая, как вычислить длину окружности. Длина окружности равна диаметру колеса, умноженному на число Пи, что приблизительно равно 3,14.

Диаграмма, демонстрирующая, как рассчитать пройденное колесо расстояние. Расстояние равно длине окружности колеса, умноженной на число оборотов.

Оптический энкодер вала необходимо соединить с языком программирования, например, VEXcode или VEXcode Pro V5, чтобы создать пользовательскую программу, которая позволит мозгу использовать импульсы сигнала для управления поведением робота.

V5 Brain совместно с пользовательской программой может использоваться для преобразования импульсов от оптического энкодера вала в направление вращения вала, величину вращения вала и скорость вращения вала. Если размер ведущих колес робота включен в пользовательскую программу, расстояние, которое проходит робот, и скорость робота также можно определять/контролировать с помощью датчика.

На изображении показан оптический валовый энкодер со снятой крышкой для очистки. Диск и его отдельные слоты становятся видны после снятия крышки кодировщика.

Примечание: Если прорези диска кодера внутри кодера оптического диска засорятся пылью и мусором, показания датчика перестанут быть точными. Рекомендуется время от времени снимать крышку с корпуса и использовать баллончик с воздухом, чтобы выдуть любой незакрепленный материал из внутренней части датчика.

Обычное использование оптического энкодера:

Как упоминалось ранее, оптический энкодер вала может измерять направление вращения вала, величину вращения вала и скорость вращения вала. Однако двигатели V5 Smart Motors также имеют отличные внутренние энкодеры, которые могут измерять те же значения без необходимости использования дополнительного датчика. Тем не менее, в некоторых случаях оптический энкодер может предоставить ценные показания. Вот некоторые примеры:

Визуализация значений программы: В рамках классной комнаты оптический энкодер вала может обеспечить легкий доступ к значениям вращения вала или скорости вала. Независимо от того, используется ли вал в манипуляторе, таком как рука, или в колесе трансмиссии, значения, полученные от датчика, можно распечатать на цветном сенсорном экране V5 Brain или светодиодном дисплее контроллера V5. Это позволит учащимся напрямую увидеть значения, которые их пользовательские программы используют для изменения поведения робота.

Показания входного/выходного отношения: Еще одно замечательное применение оптического энкодера в классе — изучение передаточных чисел звездочки и передач. Оптический энкодер вала может быть установлен на выходном валу «ведомой» стороны передаточного числа звездочка/передача. Коэффициент передачи мощности 1:1 можно использовать для записи ожидаемых выходных показаний оптического энкодера вала, когда интеллектуальный двигатель V5 настроен на определенную мощность/скорость для «ведущей» стороны входного вала. Затем можно собрать различные коэффициенты и сравнить ожидаемый результат для отношения с показаниями фактического выхода.

На рисунке показан оптический валовый энкодер, подключенный к цепной конвейерной системе, которая соединяет энкодер с интеллектуальным двигателем, что позволяет измерять его вращение.

Тестирование на рампе: Веселое исследовательское задание в классе состоит в том, чтобы предложить учащимся собрать «свободно катящуюся» тележку. На тележку можно установить систему управления V5, а на один из валов тележки вставить оптический энкодер. Затем можно создать пользовательскую программу, которая будет распечатывать несколько скоростей тележки, когда она скатывается по пандусу. Затем учащиеся могут изменить различные аспекты рампы или тележки и сравнить результаты скатывания тележки по рампе со следующей итерацией.

Использование оптического энкодера на соревновательном роботе:

Скорость маховика: В некоторых усовершенствованных конструкциях маховика используется храповая система для приведения в движение маховика, который бросает мяч. Это сделано для того, чтобы, пока интеллектуальный двигатель V5 не подавал мощность на маховик, маховик мог свободно вращаться, а не терять энергию из-за сопротивления двигателя. В конструкции такого типа оптический энкодер, установленный на вал маховика, может стать хорошим методом его измерения. Примечание. Максимальный диапазон точного измерения скорости вращения вала составляет около 1100 об/мин.

На рисунке показан оптический энкодер вала, подключенный через С-образный профиль к пассивному колесу. Колесо соединено с остальной частью робота с помощью пружины, изготовленной из резинок.

Изолированное колесо/энкодер оптического вала: Возможен случай (толкание игровых фишек или другие факторы), когда робот может столкнуться с проскальзыванием ведущего колеса. Как только колеса, приводимые в движение двигателем V5 Smart Motor, начинают буксовать, значения энкодеров двигателя становятся недействительными. В этом случае к шасси робота можно добавить изолированное всенаправленное колесо с оптическим энкодером на валу для точного измерения движения робота. Целесообразно подпружинить этот узел колеса с помощью резиновых лент или латексных трубок. Такая конструкция позволит измерительному колесу поддерживать достаточный контакт с поверхностью поля, не отрывая ведущие колеса от пола.

На рисунке показан оптический энкодер вала, подключенный через С-образный профиль к пассивному колесу.

Если в трансмиссии есть колеса, которые не приводятся в движение двигателем, другим вариантом может быть установка оптического энкодера на одном из валов этих колес.

Независимо от того, в каком приложении необходимо измерить направление вращения вала, величину вращения вала или скорость вращения вала, оптический энкодер вала может предоставить точный и эффективный датчик для измерения.

Определение расстояния