Beskrivning
Ultraljudsavståndsmätaren är en sensor som använder ultraljud för ekolokalisering för att mäta avståndet mellan sensorn och objektet som ljudet reflekteras tillbaka från. Avståndsmätaren är en av sensorerna i 3-trådsserien. Den har två 3-trådiga kablar. Det finns en svart, röd och orange "utgångskabel" som pulserar ström till en 40 kHz högtalare; och en svart, röd och gul "ingångskabel" som skickar tillbaka en signal från sin högfrekventa mikrofonmottagare. (Obs: normalt hörselområde ligger vanligtvis mellan 0,02 kHz och 20 kHz, så ljudet som produceras av denna sensor bör vara långt över vad de flesta kan höra.)
3-trådssensorerna är kompatibla med V5 Robot Brain eller Cortex. Deras sensorkablar kan förlängas med hjälp av 3-trådiga förlängningskablar.
För att ultraljudsavståndsmätaren ska fungera med V5 Brain måste båda sensorkablarna vara helt isatta i V5 Brain 3-trådsportar. Utgångskabeln måste anslutas till en 3-trådsport och ingångskabeln måste anslutas till nästa efterföljande 3-trådsport
Till exempel kan den (svarta, röda och orangea) kabeln märkt "OUTPUT" på sensorn anslutas till 3-trådsport A, och sedan måste den (svarta, röda och gula) kabeln märkt "INPUT" anslutas till 3-trådsport B.Obs: endast specifika portpar fungerar (AB, CD, EF och GH).
Ultraljudsavståndsmätaren ingår i Advanced Sensor Kit och kan även köpas här.
| Avståndsmätare | Två 3-trådsportar |
Hur ultraljudsavståndsmätaren fungerar
Ultraljudsavståndsmätaren gör det möjligt för en robot att upptäcka hinder i sin väg med hjälp av högfrekventa ljudvågor. Sensorn avger en ljudvåg på 40 kHz som studsar mot en reflekterande yta och återvänder till sensorn. Sedan, med hjälp av den tid det tar för vågen att återvända till sensorn, kan avståndet till objektet beräknas.
Avståndsmätarens användbara räckvidd är mellan 3,0 cm och 300 cm. När sensorn försöker mäta ett objekt på mindre än 3,8 cm ekar ljudet tillbaka för snabbt för att sensorn ska kunna detektera det, och mycket längre bort än 38 cm är ljudets intensitet för svag för att detektera.
Ljudvågornas egenskaper påverkar detta område. Om till exempel objektet som detekteras inte har en hård yta (som de stora tygkuberna som användes i VRC-spelet Star Struck 2016-2017) kan ljudvågorna absorberas och sensorn kanske inte ger en korrekt avläsning
Om objektet som detekteras dessutom är sfäriskt som en boll eller har en oregelbunden form, kan ljudvågorna spridas och orsaka att ett brett spektrum av värden returneras från sensorn. Ultraljudsavståndsmätaren ger dock en användbar och noggrann mätning när den används för att mäta avståndet till en plan, hård yta.
Ultraljudsavståndsmätaren behöver paras ihop med ett programmeringsspråk som VEXcode V5eller VEXcode Pro V5 för att skapa ett användarprogram för hjärnan att använda avståndsvärdet från sensorn för att styra roboten. Avståndsmätaren kan mäta avstånd i tum eller millimeter
Vanliga användningsområden för en ultraljudsavståndsmätare:
En ultraljudsavståndsmätare är en typ av närhetssensor som innebär att den kan detektera ett objekt utan att vidröra det. Det betyder att sensorn kan upptäcka ett hinder i robotens väg innan den träffar det. Några exempel på hur en ultraljudsavståndsmätare kan användas inkluderar:
Undvikande av hinder: Genom tidig upptäckt av ett objekt kan en robot programmeras att stanna eller svänga för att undvika hindret, oavsett om hindret är ett fältelement, en spelpjäs eller en annan robot.
Ultraljudsavståndsmätare används av många bilar för att upptäcka föremål i deras väg och varna föraren eller vidta undanmanöver.
Gestkontroll: En intressant klassrumsaktivitet är att orientera ultraljudsavståndsmätaren så att en hand kan röras inom ett visst avstånd från sensorn. När roboten upptäcker denna rörelse kan den ändra sitt beteende. Till exempel kan detta användas som en händelse där roboten inte rör sig förrän en hand viftas över sensorn. De flesta robotspel har specifika regler som förbjuder denna typ av mänsklig interaktion med roboten under matchens autonoma period
Navigering: En ultraljudsavståndsmätare kan användas för en återkopplingsstyrslinga för att styra robotens beteende. Det kan vara beteenden som att förflytta sig ett visst avstånd från en vägg och stanna, att förflytta sig ett visst avstånd mot en vägg och sedan vända sig för att färdas i en annan riktning, eller att stanna på rätt avstånd från ett föremål så att en arm och klo kommer att vara i precis rätt position för att plocka upp föremålet
När en robot använder en ultraljudsavståndsmätare för att navigera kan det vara bra att använda en proportionell återkopplingskontroll. Det betyder att felet (skillnaden mellan robotens målavstånd och dess faktiska avstånd) används för att justera den procentuella effekten till drivlinan
Detta gör att roboten saktar ner allt eftersom den närmar sig önskat avstånd (eftersom felet är mindre) tills den når det angivna målavståndet och stannar. Denna teknik kommer att hjälpa roboten att inte överträffa målavståndet, vilket kan hända om dess förflyttningshastighet är för hög
Användning av ultraljudsavståndsmätare på en tävlingsrobot:
Ultraljudsavståndsmätare kan vara extremt användbara när de används på en tävlingsrobot. Förutom hinderundvikning och navigering som redan nämnts, kan ett par avståndsmätare monteras på roboten för vissa avancerade beteenden. Dessa två sensorer måste monteras på samma sida av roboten och separeras med ett visst avstånd, till exempel genom att placera dem i motsatta hörn på sidan av ett chassis
Orientering och inriktning: När två ultraljudsavståndsmätare monteras med ett avstånd mellan sig kan de var och en mäta de två avstånden till fältets yttervägg eller andra plana fältelement. Med hjälp av det inställda avståndet mellan sensorerna och eventuell skillnad mellan de två uppmätta avstånden kan V5 Brain beräkna vinkeln som roboten är orienterad i förhållande till väggen
Dessa mätningar kan användas för att justera robotens vinkel innan den påbörjar sitt nästa steg i den autonoma banan, eller så kan de användas för att rikta in sig på och justera en kastmanipulator som ett svänghjul innan den skjuter sin spelpjäs.
Sekundärverifiering: Med samma teknik som beskrivs för orientering och inriktning kan två ultraljudsavståndsmätare användas för att mäta robotens vinkel. I detta fall kan vinkeln användas för att verifiera avläsningenen primär sensors (t.ex. en gyro-/tröghetssensor) mätning vid en specificerad punkt under en komplex autonom bana.
Om avståndsmätarna indikerar att roboten har avvikit från sin förväntade orientering kan roboten justeras och omkalibreras med hjälp av de två avståndsmätarnas avläsningar innan den fortsätter sin bana med hjälp av den primära sensorn.
om en ultraljudsavståndsmätare används för ett enkelt beteende som att stanna 25 cm från ytterväggen eller en mycket komplex funktion som att exakt skjuta en boll för att träffa en flagga från andra sidan spelplanen, måste egenskaperna hos ljudvågorna som är grunden för sensorns mätning beaktas. Med andra ord, när du mäter avstånd till runda, oregelbundet formade eller mjuka absorberande ytor, förvänta dig inte att värdena från ultraljudsavståndsmätaren är konsekventa eller noggranna
Som med de flesta sensorer används ultraljudsavståndsmätare främst under den autonoma delen av en match, men med lite kreativt tänkande kan topplag använda sensorer för att förbättra sin förarkontroll över roboten.