คำอธิบาย
เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิก เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้เสียงอัลตราโซนิกสำหรับการกำหนดตำแหน่งเสียงสะท้อนเพื่อวัดระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์กับวัตถุที่เสียงสะท้อนกลับ Range Finder เป็นหนึ่งในเซ็นเซอร์ซีรีส์ 3 สาย มีสายเคเบิล 3 สายจำนวน 2 เส้น มีสายเคเบิล "เอาท์พุต" สีดำ แดง และส้มซึ่งจะส่งกำลังเป็นจังหวะไปยังลำโพง 40KHz และสายเคเบิล "อินพุต" สีดำ แดง และเหลืองซึ่งส่งสัญญาณกลับจากตัวรับไมโครโฟนความถี่สูง (หมายเหตุ: โดยทั่วไปช่วงการได้ยินปกติจะอยู่ระหว่าง 0.02 KHz ถึง 20 KHz ดังนั้นเสียงที่เกิดจากเซ็นเซอร์นี้จึงควรสูงกว่าเสียงที่คนส่วนใหญ่ได้ยิน)
เซ็นเซอร์ 3 สายคือ เข้ากันได้กับ V5 Robot Brain หรือ Cortex สายเซนเซอร์สามารถขยายได้โดยใช้สายต่อขยาย 3 สาย.
เพื่อให้เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกทำงานร่วมกับสมอง V5 ได้ สายเคเบิลเซ็นเซอร์ทั้งสองเส้นจะต้องเสียบ เต็ม เข้าไปในพอร์ต V5 Brain 3 สาย ต้องเสียบสายเอาท์พุตเข้ากับพอร์ต 3 สาย และต้องเสียบสายอินพุตเข้ากับพอร์ต 3 สายที่ต่อเนื่องกันถัดไป
ตัวอย่างเช่น สามารถเสียบสายเคเบิล (สีดำ สีแดง และสีส้ม) ที่มีป้ายกำกับ “OUTPUT” บนเซ็นเซอร์เข้ากับพอร์ต 3 สาย A ได้ จากนั้นสายเคเบิล (สีดำ สีแดง และสีเหลือง) ที่มีป้ายกำกับ “INPUT” จะต้อง เสียบเข้ากับพอร์ต 3 สาย B.หมายเหตุ: เฉพาะพอร์ตบางคู่เท่านั้นที่จะใช้งานได้ (AB, CD, EF และ GH)
เครื่องวัดระยะอัลตราโซนิกจะรวมอยู่ในชุดเซ็นเซอร์ขั้น และสามารถซื้อ ได้ที่นี่
| เครื่องมือค้นหาระยะ | พอร์ต 3 สาย 2 พอร์ต |
เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกทำงานอย่างไร
เซ็นเซอร์ Ultrasonic Range Finder ช่วยให้หุ่นยนต์ตรวจจับสิ่งกีดขวางในเส้นทางได้โดยใช้คลื่นเสียงความถี่สูง เซ็นเซอร์ปล่อยคลื่นเสียง 40KHz ซึ่งสะท้อนจากพื้นผิวสะท้อนแสงและกลับสู่เซ็นเซอร์ จากนั้น เมื่อใช้เวลาก่อนที่คลื่นจะกลับไปยังเซนเซอร์ จะสามารถคำนวณระยะห่างจากวัตถุได้
ระยะการใช้งานของ Range Finder อยู่ระหว่าง 1.5” (3.0 ซม.) ถึง 115” (300 ซม.) เมื่อเซ็นเซอร์พยายามวัดวัตถุที่มีขนาดน้อยกว่า 1.5 นิ้ว เสียงจะสะท้อนกลับเร็วเกินกว่าที่เซ็นเซอร์จะตรวจจับได้ และความเข้มของเสียงที่เกินกว่า 115 นิ้วจะอ่อนเกินกว่าจะตรวจจับได้
คุณสมบัติของคลื่นเสียงที่ส่งผลต่อช่วงนี้ ตัวอย่างเช่น หากวัตถุที่ถูกตรวจจับไม่มีพื้นผิวแข็ง (เช่น ผ้าก้อนใหญ่ที่ใช้ในเกม VRC ปี 2016-2017 เกมสตาร์สตรัค) คลื่นเสียงอาจถูกดูดซับและเซ็นเซอร์อาจไม่ส่งคืนการอ่านที่แม่นยำ .
นอกจากนี้ หากวัตถุที่ตรวจพบมีลักษณะเป็นทรงกลมคล้ายลูกบอลหรือมีรูปร่างผิดปกติ คลื่นเสียงอาจกระจัดกระจายและทำให้เซ็นเซอร์ส่งค่าช่วงกว้างกลับมา อย่างไรก็ตาม เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกให้การวัดที่แม่นยำและมีประโยชน์เมื่อใช้ในการวัดระยะห่างจากพื้นผิวแข็งที่เรียบ
เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกจะต้องจับคู่กับภาษาการเขียนโปรแกรม เช่น VEXcode V5หรือ VEXcode Pro V5 เพื่อสร้างโปรแกรมผู้ใช้ให้สมองใช้ค่าระยะห่างจากเซ็นเซอร์เพื่อควบคุมหุ่นยนต์ Range Finder สามารถวัดระยะทางเป็นนิ้วหรือมิลลิเมตร
การใช้งานทั่วไปของเครื่องวัดระยะอัลตราโซนิก:
เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกเป็นเซนเซอร์จับความใกล้เคียงประเภทหนึ่งซึ่งหมายความว่าสามารถตรวจจับวัตถุได้โดยไม่ต้องสัมผัส ซึ่งหมายความว่าเซ็นเซอร์สามารถตรวจจับสิ่งกีดขวางในเส้นทางของหุ่นยนต์ก่อนที่จะชนมัน ตัวอย่างบางส่วนของวิธีการใช้เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิก ได้แก่:
การหลีกเลี่ยงอุปสรรค: ด้วยการตรวจจับวัตถุตั้งแต่เนิ่นๆ หุ่นยนต์สามารถตั้งโปรแกรมให้หยุดหรือหมุนเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวาง ไม่ว่าสิ่งกีดขวางนี้จะเป็นองค์ประกอบของสนาม ชิ้นส่วนของเกม หรือหุ่นยนต์ตัวอื่น
รถยนต์หลายคันใช้เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกเพื่อตรวจจับวัตถุที่ขวางทางและแจ้งเตือนผู้ขับขี่หรือดำเนินการหลบเลี่ยง
การควบคุมด้วยท่าทาง: กิจกรรมในห้องเรียนที่น่าสนใจคือการกำหนดทิศทางของตัวค้นหาระยะอัลตราโซนิก เพื่อให้สามารถขยับมือภายในช่วงระยะห่างที่กำหนดของเซ็นเซอร์ เมื่อหุ่นยนต์ตรวจพบการเคลื่อนไหวนี้ หุ่นยนต์สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมได้ ตัวอย่างเช่น นี่สามารถใช้เป็นเหตุการณ์ที่หุ่นยนต์จะไม่เคลื่อนไหวจนกว่าจะโบกมือเหนือเซ็นเซอร์ เกมหุ่นยนต์ส่วนใหญ่มีกฎเฉพาะที่ห้ามไม่ให้มนุษย์มีปฏิสัมพันธ์ประเภทนี้กับหุ่นยนต์ในระหว่างช่วงควบคุมอัตโนมัติของการแข่งขัน
การนำทาง: สามารถใช้เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกสำหรับลูปควบคุมผลป้อนกลับเพื่อควบคุมพฤติกรรมของหุ่นยนต์ ซึ่งอาจเป็นพฤติกรรม เช่น เคลื่อนตัวออกห่างจากกำแพงระยะหนึ่งแล้วหยุด เคลื่อนตัวเข้าหากำแพงระยะหนึ่งแล้วหมุนตัวเพื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่น หรือการหยุดระยะที่ถูกต้องจากวัตถุเพื่อให้แขนและกรงเล็บอยู่เพียงระยะหนึ่ง ตำแหน่งที่เหมาะสมในการหยิบวัตถุ
เมื่อหุ่นยนต์ใช้เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกเพื่อนำทาง การใช้การควบคุมป้อนกลับตามสัดส่วนจะเป็นประโยชน์ ซึ่งหมายความว่ามีการใช้ข้อผิดพลาด (ความแตกต่างระหว่างระยะทางเป้าหมายของหุ่นยนต์และระยะทางจริง) เพื่อปรับเปอร์เซ็นต์กำลังให้กับระบบขับเคลื่อน
สิ่งนี้ทำให้หุ่นยนต์ช้าลงเมื่อเข้าใกล้ระยะทางที่ต้องการมากขึ้น (เพราะข้อผิดพลาดน้อยกว่า) จนกระทั่งถึงระยะทางเป้าหมายที่ระบุและหยุด เทคนิคนี้จะช่วยให้หุ่นยนต์ไม่สามารถเกินระยะเป้าหมายได้ ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้หากความเร็วในการเคลื่อนที่เร็วเกินไป
การใช้เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกกับหุ่นยนต์แข่งขัน:
เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อใช้กับหุ่นยนต์แข่งขัน นอกเหนือจากการหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางและการนำทางที่ได้กล่าวไว้แล้ว ยังสามารถติดตั้งเครื่องค้นหาระยะคู่บนหุ่นยนต์สำหรับพฤติกรรมขั้นสูงบางอย่างได้ เซ็นเซอร์ทั้งสองนี้จะต้องติดตั้งไว้ที่ด้านเดียวกันของหุ่นยนต์และแยกจากกันด้วยระยะห่าง เช่น วางไว้ที่มุมตรงข้ามของด้านข้างของแชสซี
การวางแนวและการกำหนดเป้าหมาย: เมื่อติดตั้งเครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกสองตัวโดยมีระยะห่างระหว่างกัน แต่ละเครื่องจะสามารถวัดระยะทางทั้งสองไปยังผนังเส้นรอบวงของสนามหรือองค์ประกอบสนามเรียบอื่นๆ ได้ การใช้ระยะห่างที่ตั้งไว้ระหว่างเซ็นเซอร์และความแตกต่างใดๆ ระหว่างระยะทางที่วัดได้ทั้งสองนั้น V5 Brain สามารถคำนวณมุมที่หุ่นยนต์จะวางทิศทางโดยอ้างอิงกับผนัง
การวัดเหล่านี้สามารถใช้เพื่อปรับมุมของหุ่นยนต์ก่อนที่จะเริ่มขั้นตอนถัดไปของเส้นทางอัตโนมัติ หรือสามารถใช้เพื่อกำหนดเป้าหมายและปรับเครื่องมือควบคุมการขว้าง เช่น มู่เล่ ก่อนที่มันจะยิงชิ้นส่วนของเกม
การยืนยันรอง: ใช้เทคนิคเดียวกับที่อธิบายไว้สำหรับการวางแนวและการกำหนดเป้าหมาย สามารถใช้เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิคสองตัวเพื่อวัดมุมของหุ่นยนต์ได้ ในกรณีนี้ สามารถใช้มุมเพื่อตรวจสอบการอ่านค่าการวัดของเซนเซอร์หลัก (เช่น เซนเซอร์ไจโร/เซนเซอร์เฉื่อย) ณ จุดที่ระบุระหว่างเส้นทางอัตโนมัติที่ซับซ้อน
หากตัวค้นหาระยะระบุว่าหุ่นยนต์เบี่ยงเบนไปจากทิศทางที่คาดไว้ หุ่นยนต์สามารถปรับและปรับเทียบใหม่ได้โดยใช้การอ่านตัวค้นหาระยะสองตัวก่อนที่มันจะเดินต่อโดยใช้เซ็นเซอร์หลัก
ไม่ว่าจะใช้เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิกสำหรับพฤติกรรมง่ายๆ เช่น การหยุด 10” จากผนังปริมณฑล หรือฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนมาก เช่น การยิงลูกบอลอย่างแม่นยำเพื่อตีธงจากทั่วสนามแข่งขัน คุณสมบัติของคลื่นเสียงที่เป็นรากฐาน ต้องพิจารณาการวัดของเซ็นเซอร์ด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อวัดระยะทางเป็นทรงกลม มีรูปทรงไม่สม่ำเสมอ หรือพื้นผิวดูดซับแบบอ่อน อย่าคาดหวังว่าค่าจาก Ultrasonic Range Finder จะสม่ำเสมอหรือแม่นยำ
เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์ส่วนใหญ่ เครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิคจะใช้เป็นหลักในระหว่างการแข่งขันแบบอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม ด้วยความคิดสร้างสรรค์ ทีมชั้นนำสามารถใช้เซ็นเซอร์เพื่อปรับปรุงการควบคุมหุ่นยนต์ของผู้ขับได้