描述

超声波测距仪 是一种使用超声波进行回声定位,以测量传感器与声波被反射回来的对象之间的距离的传感器。 测距仪是三线系列传感器之一。 它有两根三线电缆。 有一条黑色红色和橙色的“输出”电缆,可以为 40KHz 扬声器提供脉冲功率;以及一条黑色,红色和黄色的“输入”电缆,用于从其高频麦克风接收器发送回信号。 (注意:正常听力范围通常在0.02 KHz 到 20 KHz 之间,因此该传感器产生的声波应该远高于多数人可以听到的范围。)

三线传感器 与 V5 机器人主控器或 Cortex 兼容。 它们的传感器电缆可以使用 三线延长电缆进行延长

为了让超声波测距仪与 V5 主控器一起工作,两根传感器电缆都需要 完全地 插入 V5 主控器的一个三线端口中。 输出电缆需要被插入一个三线端口中并且输入电缆需要被插入下一个紧挨着的三线端口。

例如,传感器上标有“OUTPUT”(黑色、红色和橙色)的电缆被插入三线端口 A,然后标有“INPUT”(黑色、红色和黄色)的电缆将需要被插入三线端口 B。注意:只有特定的端口组才能工作(AB、CD、EF 和 GH)。

超声波测距仪包含在 高级传感器套装 中,也可以在此处购买。

测距仪 两个三线端口
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超声波测距仪的如何工作

超声波测距仪通过使用高频声波使得机器人能够检测其路径中的障碍物。 传感器发出 40KHz 的声波将从反射表面反弹回到传感器。 然后,使用声波返回传感器所需的时间,可以计算出到对象的距离。

测距仪的可用范围在 1.5" (3.0cm) 到 115" (300cm) 之间。 当传感器尝试在小于 1.5” 处测量物体时,声音回声太快以致传感器无法检测到,并且远远超过 115”时,声音强度太弱而无法检测到。

声波的特性影响这个范围。 例如,如果被检测的对象没有坚硬的表面(例如 2016-2017 年 VRC 竞赛中使用的布料大立方体,星光璀璨),声波可能会被吸从而传感器可能无法返回准确的读数.

此外,如果被检测对象是球状或不规则形状,声波可能会发生散射并导致传感器返回一个范围很广的值。 但是,当用于测量到一个平坦硬表面的距离时,超声波测距仪提供了一个有用的准确测量。

超声波测距仪需要搭配诸如VEXcode V5 或 VEXcode Pro V5 编程语言来为主控器创建一个用户程序以使用来自该传感器的距离值来控制机器人。 测距仪可以以英寸或毫米为单位来测量距离。

超声波测距仪的常见用途:

超声波测距仪是一种近距传感器,这意味着它可以在不接触的情况下检测到一个对象。 这意味着该传感器可以在机器人撞到其路径中的障碍物之前检测到对象。 一些如何使用超声波测距仪的示例包括:

避障:通过尽早检测对象,机器人可被编程为停止或转向以避开障碍物,无论该障碍物是场地元素,竞赛道具还是另一台机器人。

超声波测距仪被许多汽车用来检测路径中的物体并提醒驾驶员或采取规避动作。

手势控制: 一个有趣的课堂活动是将超声波测距仪定向以便可以在传感器的特定距离范围内移动一只手。 当机器人检测到这种运动时它可以改变其行为。 例如,这可以用作一个事件,机器人将不会移动直到一只手在传感器上挥动。 大多数机器人比赛都有特定的规则禁止在比赛的自动时段与机器人进行这种类型的人机互动。

导航: 超声波测距仪可被用于反馈控制循环以控制机器人的行为。 这可能是一些行为,比如离开墙壁一定距离并停止,面向墙壁移动一定距离然后转向不同的方向行进,或者停在机械臂和爪子将正好在抓取物体的正确距离处。

当一台机器人使用一个超声波测距仪导航时,使用一个比例反馈控制会很有帮助。 这意味着误差(机器人的目标距离与其实际距离之间的差值)被用于调整底盘的功率百分比。

这导致机器人在接近其期望距离时减速(因为误差更小)直到达到指定的目标距离并停止。 这个技巧将帮助机器人避免超过目标距离,如果其行进速度太快,就会发生这种情况。

在一台竞赛机器人上使用超声波测距仪:

超声波测距仪在竞赛机器人上使用时极其有用。 除了已经提到的避障和导航之外,可以安装一对测距仪到机器人上来完成一些高级行为。 这两个传感器将需要被安装在机器人的同一侧并分开一段距离,例如将它们放置在底盘一侧的相对角上。

方向和瞄准: 当两个超声波测距仪间隔一段距离安装后,它们可以分别测量到场地围栏或其他平坦场地元素的距离。 使用传感器之间的设定距离以及两个测量距离之间的任意差值,V5 主控器可以计算出机器人相对于墙壁的角度。

这些测量值可用于在机器人开始自动路径的下一步之前调整机器人的角度,或者它们可用于瞄准和调整像飞轮一样的抛射操纵器,在射出它的竞赛道具之前。

二次验证: 使用与方向和瞄准所述的相同技巧,两个超声波测距仪可被用于测量机器人的角度。 在这种情况下,该角度可被用于验证复杂在自动路径期间一个指定点的主传感器(例如陀螺仪/惯性传感器)测量值的读数。

如果测距仪指示机器人偏离了其预期方向,则可以在它利用主传感器继续它的路径之前使用两个测距仪的读数对机器人进行调整和重新校准。

无论超声波测距仪是用于一个简单的行为,例如在距离围栏 10 英寸处停止,或是像准确地射球以击中场地对面的旗帜这样的非常复杂的功能,需要考虑作为传感器测量基础的声波的特性。 换而言之,在测量到圆形,不规则形状或软吸收表面的距离时不要期望超声波测距仪的值一致或精确。

与大多数传感器一样,超声波测距仪主要用于比赛的自动部分,但是通过一些创造性思维,顶级赛队可以使用传感器来增强他们操作手对机器人的控制。

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