Beskrivning
Den optiska axelkodaren är en digital sensor som mäter rotationen av en axel med hjälp av en intern kodningsskiva. Den optiska axelkodarens hölje har tre slitsade monteringshål för att möjliggöra enkel montering på robotens struktur.
Höljet har också ett avtagbart lock som möjliggör rengöring och inspektion av den interna kodarskivan. I mitten av höljet finns kodarskivans centrala nav. Detta nav möjliggör för en fyrkantig axel att föras in genom det och när axeln roterar roterar den den interna kodarskivan.
| "Översta" och "nedre" kablar |
Den optiska axelkodaren är en av sensorerna i 3-trådsserien. Från sidan av sensorns hölje finns två 3-trådiga kablar. Den "övre" kabeln är den kabel som är närmast husets monteringshål och den "nedre" kabeln är den som är närmast mittkodarnavet.
Denna 3-trådssensor är kompatibel med V5 Robot Brain eller Cortex. Sensorns kablar kan förlängas med hjälp av 3-trådiga förlängningskablar.
För att den optiska axelkodaren ska fungera med V5 Brain måste båda sensorkablarna vara helt isatta i en V5 Brain 3-trådsport. För att mäta en medurs rotation av en axel i positiv/framåtriktad riktning måste den "övre" kabeln anslutas till en 3-trådsport och den "nedre" kabeln måste anslutas till nästa högre 3-trådsport. Obs: endast specifika portpar fungerar (AB, CD, EF och GH)
Till exempel kan den "övre" kabeln på sensorn anslutas till 3-trådsport A, och sedan måste den "nedre" kabeln anslutas till 3-trådsport B. Sensorn fungerar om dessa kablar är omvända, men en medurs rotation kommer att mätas som en negativ/omvänd riktning.
Den optiska axelkodaren levereras i Advance Sensor Kit eller finns tillgänglig som ett 2-pack och kan köpas här.
| Optisk axelkodare | 3-trådsportar |
Så fungerar den optiska axelkodaren:
Som tidigare nämnts har den optiska axelkodaren en intern kodningsskiva med ett centralt nav för en axel att föras in genom och den roterar när axeln roterar. Skivan har små springor runt skivans omkrets.
| Optisk axelkodare skiva |
Ovanför ena sidan av skivans kant finns två kanaler med IR-LED-lampor och på den andra sidan finns två kanaler med IR-ljussensorer. Ljuset blockeras när skivan snurrar från en plats till nästa. När detta händer detekterar sensorn det och skickar en digital signalpuls till V5 Brain. Denna puls indikerar att axeln har roterat ett spår. Det finns 90 spår, så 90 pulser indikerar att axeln har gjort ett helt varv.
| Fasdiagram över signalkanaler |
Sensorns två kanaler är konfigurerade så att deras signalpulser är ur fas med 90. Detta gör att signalerna från den optiska axelkodaren kan indikera vilken riktning kodningsskivan/axeln roterar.
Om till exempel fasen har kanal ett som ledande puls, läser V5-hjärnan detta som att axeln roterar medurs; eller om den ledande pulsen kommer från kanal två, indikerar detta en moturs rotation. Detta gör det inte bara möjligt för V5-hjärnan att bestämma axelns rotationsriktning, utan det gör det också möjligt för hjärnan att lägga till eller subtrahera avläsningar för ett nettovärde av hur mycket axeln har roterat.
| Bestämma avstånd |
Den optiska axelkodaren behöver paras ihop med ett programmeringsspråk som VEXcode V5 eller VEXcode Pro V5 för att skapa ett användarprogram för hjärnan att använda signalpulserna för att styra robotens beteende.
V5 Brain kan i samverkan med ett användarprogram användas för att omvandla pulserna från den optiska axelkodaren till axelns rotationsriktning, axelns rotationsmängd och axelns rotationshastighet. Om storleken på robotens drivhjul ingår i användarprogrammet kan även robotens färdsträcka och robotens hastighet bestämmas/styras med hjälp av sensorn.
| Interiören i den optiska axelkodaren |
Obs: Om spåren på kodarskivan i den optiska skivkodaren blir igensatta med damm och skräp kommer sensorns avläsningar inte längre att vara korrekta. Det är en god idé att då och då ta bort locket från höljet och använda tryckluft för att blåsa ut löst material från sensorns insida.
Vanliga användningsområden för en optisk axelkodare:
Som tidigare nämnts kan en optisk axelkodare mäta axelns rotationsriktning, axelns rotationsmängd och axelns rotationshastighet. V5 Smart-motorerna har dock också utmärkta interna kodare som kan mäta samma värden utan behov av en extra sensor. Det finns dock vissa tillämpningar där den optiska axelkodaren kan ge värdefulla avläsningar. Några exempel på dessa är:
Visualisering av programvärden: I en klassrumsmiljö kan en optisk axelkodare ge enkel åtkomst till värdena för axelrotation eller axelhastighet. Oavsett om axeln används på en manipulator, till exempel en arm, eller för ett hjul på en drivlina, kan värdena som samlas in från sensorn skrivas ut till V5 Brains färgpekskärm eller V5-styrenhetens LED-display. Detta gör det möjligt för eleverna att direkt se de värden som deras användarprogram använder för att ändra robotens beteende
Avläsning av in-/utförhållande: En annan bra användning av en optisk axelkodare i klassrummet är att studera kedjehjul och utväxlingsförhållanden. En optisk axelkodare kan placeras på utgångsaxeln på den "drivna" sidan av kedjehjulet/utväxlingsförhållandet. Ett effektöverföringsförhållande på 1:1 kan användas för att registrera en förväntad utmatningsavläsning för den optiska axelkodaren när V5 Smart-motorn är inställd på en viss effekt/hastighet för ingångsaxelns "drivande" sida. Sedan kan olika förhållanden sättas samman och den förväntade utsignalen för förhållandet jämföras med avläsningen för den faktiska utsignalen.
Ramptestning: En rolig uppgift i klassrummet är att låta eleverna montera en "fritt rullande" vagn. Ett V5-styrsystem kan placeras på vagnen och en optisk axelkodare sätts in på en av vagnens axlar. Sedan kan ett användarprogram skapas som skriver ut flera av vagnens hastigheter när den rullar nerför en ramp. Eleverna kan sedan ändra olika aspekter av rampen eller vagnen och jämföra resultaten av när vagnen rullar nerför rampen med nästa iteration
Användning av en optisk axelkodare på en tävlingsrobot:
Svänghjulshastighet: Vissa avancerade svänghjulskonstruktioner använder ett spärrsystem för att driva svänghjulet som kastar en bollspelspjäs. Detta görs så att även om V5 Smart-motorn inte applicerar kraft på svänghjulet, kan svänghjulet snurra fritt istället för att förlora energi från motorns motstånd. I den här typen av konstruktion kan en optisk axelkodare som är monterad på svänghjulets axel ge en bra metod för mätning. Obs: Det maximala varvtalsområdet för noggrann mätning av axelns rotationshastighet är cirka 1100 varv/min
| Isolerad hjul-/optisk axelkodare på en fjäderbelastad hjulenhet |
Isolerat hjul/optisk axelkodare: Det kan finnas ett fall (tryckande spelpjäser eller andra faktorer) där en robot kan uppleva att drivhjulet slirar. Så snart hjulen som drivs av en V5 Smart Motor börjar slira, är värdena från motorns kodare inte längre giltiga. I det här fallet kan ett isolerat omnidirektionellt hjul med en optisk axelkodare på axeln läggas till robotens chassi för att noggrant mäta robotens rörelse. Det är lämpligt att fjäderbelasta denna hjulenhet med hjälp av gummiband eller latexslang. Denna design gör att mäthjulet kan bibehålla tillräcklig kontakt med fältytan utan att lyfta drivhjulen från golvet
| Isolerad hjul-/optisk axelkodare |
Om drivlinan har hjul som inte drivs av en motor, vore ett annat alternativ att placera en optisk axelkodare på en av dessa hjuls axlar.
Oavsett vilken applikation axelns rotationsriktning, axelrotationsmängd eller axelrotationshastighet behöver mätas, kan den optiska axelkodaren tillhandahålla en noggrann och effektiv sensor för mätningen.