Використання V5 3-Wire Optical Shaft Encoder – Бібліотека VEX

Опис

Optical Shaft Encoder — це цифровий датчик, який вимірює обертання вала за допомогою внутрішнього диска кодера. Корпус оптичного датчика валу має три отвори для кріплення, що дозволяє легко монтувати його на конструкції робота.

Корпус також має знімну кришку, яка дозволяє очищати та перевіряти внутрішній диск кодера. У центрі корпусу знаходиться центральна втулка диска кодера. Цю втулку можна вставити через неї квадратним валом, і коли вал обертається, він обертає внутрішній диск кодера.

Кутовий вигляд датчика оптичного енкодера вала з двома показаними кабелями, позначеними як верхній провід та нижній провід.

Optical Shaft Encoder є одним із датчиків серії 3-Wire. З боку корпусу датчика розташовані два 3-жильних кабелю. «Верхній» кабель — це кабель, найближчий до отвору для кріплення корпусу, а «Нижній» кабель — кабель, найближчий до центрального концентратора кодера.

Цей 3-провідний датчик сумісний із V5 Robot Brain або Cortex. Кабелі датчика можна подовжити за допомогою 3-жильних подовжувачів.

Для того, щоб кодер оптичного валу працював із V5 Brain, обидва кабелі датчика мають бути повністю вставлені в 3-провідні порти V5 Brain. Щоб виміряти обертання вала за годинниковою стрілкою в позитивному/прямому напрямку, «верхній» кабель потрібно підключити до 3-провідного порту, а «нижній» кабель потрібно підключити до наступного вищого послідовного 3-провідного порту. Примітка: працюватимуть лише певні пари портів (AB, CD, EF та GH).

Наприклад, «верхній» кабель на датчику можна під’єднати до 3-провідного порту A, а потім «нижній» кабель потрібно під’єднати до 3-провідного порту B. Датчик працюватиме, якщо ці кабелі перевернути , однак обертання за годинниковою стрілкою буде вимірюватися як негативний/зворотний напрямок.

Optical Shaft Encoder постачається в комплекті Advance Sensor Kit або доступний у комплекті з 2 штук, і його можна придбати тут.

Кутовий вигляд оптичного енкодера вала V5.

V5 Brain з двома 3-провідними кабелями, підключеними до його 3-провідних портів.

Як працює оптичний енкодер вала:

Як згадувалося раніше, кодер оптичного валу має внутрішній диск кодера з центральною втулкою, крізь яку вставляється вал, який обертається разом із обертанням вала. Диск має невеликі прорізи по колу диска.

Дві схеми, що показують внутрішній механізм оптичного енкодера вала. Показано диск, який має 90 прорізів уздовж свого зовнішнього краю. З одного боку диска розташовані два джерела інфрачервоного світла (світлодіоди), а з іншого боку диска – два датчики інфрачервоного світла, які зчитують обертання диска.

Діаграма, що показує диск, розміщений поруч із вимірювальною лінією, зі стрілками, що вказують на те, що диск котиться. Мітка вказує, що 90 позначок на вимірювальній лінії дорівнюють 1 повному оберту диска.

Над однією стороною краю диска знаходяться два канали ІЧ-світлодіодів, а з іншого боку - два канали ІЧ-датчиків світла. Світло блокується, коли диск обертається від одного слота до іншого. Коли це відбувається, датчик виявляє це та надсилає імпульс цифрового сигналу до V5 Brain. Цей імпульс означає, що вал повернувся на один паз. Є 90 слотів, тому 90 імпульсів вказують на те, що вал зробив 1 повний оберт.

Фазова діаграма двох сигнальних каналів з плином часу. На діаграмі показано, що сигнали чергуються на 90 градусів відносно їхньої тривалості, тому зміна сигналу на каналі 1 виявляється каналом 2 з невеликою затримкою.

Два канали датчика налаштовані таким чином, що їхні імпульси сигналу зрушені по фазі на 90^o. Це дозволяє сигналам від оптичного кодера валу вказувати, у якому напрямку обертається диск/вал кодера.

Наприклад, якщо фаза має канал один як провідний імпульс, мозок V5 зчитує це, коли вал обертається за годинниковою стрілкою; або якщо провідний імпульс надходить з каналу два, це вказує на обертання проти годинникової стрілки. Це не тільки дозволяє V5 Brain визначати напрямок обертання валу, але також дозволяє Brain додавати або віднімати показники для чистого значення того, скільки обертався вал.

Діаграма, що демонструє, як обчислити довжину кола. Довжина кола дорівнює діаметру колеса, помноженому на число Пі, що приблизно дорівнює 3,14.

Діаграма, що демонструє, як обчислити відстань, яку прокотилося колесо. Відстань дорівнює довжині кола колеса, помноженій на кількість обертів.

Optical Shaft Encoder потрібно поєднати з такою мовою програмування, як VEXcode V5 або VEXcode Pro V5, щоб створити користувальницьку програму для мозку, яка використовуватиме імпульси сигналу для керування поведінкою робота.

V5 Brain у поєднанні з програмою користувача можна використовувати для перетворення імпульсів від оптичного кодера валу в напрямок обертання валу, швидкість обертання валу та швидкість обертання валу. Якщо розмір ведучих коліс робота включено в програму користувача, відстань, яку проходить робот, і швидкість робота також можна визначити/контролювати за допомогою датчика.

Оптичний енкодер вала показано зі знятою кришкою для очищення. Диск та його окремі слоти можна побачити після зняття кришки кодера.

Примітка: Якщо слоти диска кодувальника всередині кодувальника оптичних дисків забиваються пилом і сміттям, показання датчика більше не будуть точними. Рекомендується час від часу знімати кришку з корпусу та використовувати повітря в балончику, щоб видувати будь-який сипучий матеріал із внутрішньої частини датчика.

Звичайне використання оптичного кодера валу:

Як згадувалося раніше, оптичний кодер валу може вимірювати напрямок обертання валу, швидкість обертання валу та швидкість обертання валу. Однак V5 Smart Motors також має чудові внутрішні кодери, які можуть вимірювати ті самі значення без необхідності додаткового датчика. Тим не менш, є деякі програми, в яких оптичний кодер валу може надати деякі цінні показники. Ось деякі з них:

Візуалізація програмних значень: У класній кімнаті оптичний кодер валу може забезпечити легкий доступ до значень обертання валу або швидкості валу. Незалежно від того, чи використовується вал на маніпуляторі, такому як рука, або для колеса трансмісії, значення, зібрані з датчика, можна роздрукувати на кольоровому сенсорному екрані V5 Brain або на світлодіодному дисплеї V5 Controller. Це дозволить учням безпосередньо бачити значення, які їхні користувацькі програми використовують для зміни поведінки робота.

Зчитування вхідного/вихідного відношення: Ще одним чудовим використанням оптичного датчика валу в класі є вивчення зірочки та передавальних чисел. Оптичний кодер валу можна розмістити на вихідному валу «веденої» сторони передавального числа зірочки/передачі. Коефіцієнт передачі потужності 1:1 можна використовувати для запису очікуваного вихідного показання для оптичного кодера валу, коли V5 Smart Motor налаштовано на певну потужність/швидкість для «ведучої» сторони вхідного вала. Потім можна зібрати різні коефіцієнти та порівняти очікуваний вихід для співвідношення з показаннями для фактичного випуску.

Оптичний енкодер вала показано підключеним до ланцюгової конвеєрної системи, яка з'єднує енкодер з інтелектуальним двигуном, щоб можна було виміряти його обертання.

Тестування на рампі: Весела вправа в класі полягає в тому, щоб запропонувати учням зібрати візок, що «вільно котиться». Система керування V5 може бути розміщена на візку, а оптичний кодер валу вставляється на один із валів візка. Потім можна створити користувальницьку програму, яка роздруковуватиме декілька швидкостей візка, коли він скочується по пандусу. Потім учні можуть змінювати різні аспекти пандуса або візка та порівнювати результати візка, що котиться по рампі, з наступною ітерацією.

Використання оптичного енкодера валу на змагальному роботі:

Швидкість маховика: У деяких вдосконалених конструкціях маховика використовується храпова система для приводу маховика, який кидає ігрову фігуру з м’ячем. Це робиться для того, щоб, поки потужність не подається на маховик розумним двигуном V5, маховик міг вільно обертатися, а не втрачати енергію через опір двигуна. У цьому типі конструкції оптичний кодер валу, вставлений на вал маховика, може забезпечити хороший метод вимірювання. Примітка. Максимальний діапазон для точного вимірювання швидкості обертання вала становить приблизно 1100 об/хв.

Оптичний енкодер вала показано підключеним через C-канал до пасивного колеса. Колесо з'єднане з рештою робота за допомогою пружини, виготовленої з гумових стрічок.

Ізольоване колесо/кодер з оптичним валом: Може бути випадок (штовхання ігрових фігур або інші фактори), коли робот може зіткнутися зі ковзанням ведучого колеса. Щойно колеса, які приводяться в рух розумним двигуном V5, починають пробуксовувати, значення з датчиків двигуна більше не дійсні. У цьому випадку до шасі робота можна додати ізольоване всенаправлене колесо з оптичним датчиком валу на його валу, щоб точно вимірювати рух робота. Бажано, щоб ця «пружина» колеса була навантажена за допомогою гумових стрічок або латексної трубки. Така конструкція дозволить вимірювальному колесу підтримувати належний контакт із поверхнею поля, не піднімаючи ведучі колеса від підлоги.

Оптичний енкодер вала показано підключеним через C-канал до пасивного колеса.

Якщо трансмісія має колеса, які не приводяться в дію від двигуна, іншим варіантом буде розміщення оптичного датчика валу на одному з валів цих коліс.

Незалежно від того, у якому застосуванні потрібно виміряти напрямок обертання валу, величину обертання валу або швидкість обертання валу, оптичний кодер валу може стати точним і ефективним датчиком для вимірювання.

Визначення відстані