codificatoare optice
Primele encodere optice au fost dezvoltate la mijlocul anilor 1940, „Baldwin Piano Company“ pentru utilizare ca „Tone Wheel“, care permite unui organ electric imita alte instrumente. Dispozitivele actuale în principal, sunt versiuni miniaturale ale senzorului de proximitate folosind o lumină de întrerupere. Fascicolul concentrat codor de lumina este direcționată la un fotodetector combinat cu un transmițător, periodic întreruptă de un disc rotativ dispus între receptor și fasciculul emițător și montat pe axul obiectului controlat. Discul poate fi opac cu găuri sau transparente acoperite cu un model codificat. Comparativ cu convertoare mai sofisticate AC, un sistem simplu de codificare implementează un rezultat de ieșire în mod substanțial digitale într-o structură de senzori optici robuste ieftin cu buna imunitate zgomot.
Există două tipuri de bază de encodere optice: incrementale si absolute. Traductor incremental măsoară viteza de rotație și poate da poziția relativă, în timp ce codificator absolut măsoară în mod direct poziția unghiulară și de ieșire oferă viteză. Dacă nu iau în considerare modificarea informațiilor de locație de la codificator incremental este de obicei mai ușor de a lucra cu și oferă o rezoluție echivalentă la un cost mult mai mic decât traductoarele optice absolute.
Un codificator optic incremental
Encodere rotative incrementale optice, în continuare se face referire ca senzorii de unghiul de rotație, au devenit cel mai popular dispozitiv pentru măsurarea vitezei unghiulare și poziția în motoarele, roțile sau arborele de direcție. În roboți mobili, codificatoare sunt folosite pentru a controla poziția sau vitezei roților și a altor motoare controlate prin intermediul conexiunilor. Datorită faptului că traductoarele sunt senzori proprioceptive. evaluarea lor a situației este cel mai bun în robotul sistem de coordonate și, la decizia problemei de localizare robotului (a se vedea. Slide-uri „Problema localizare robot mobil“), necesită modificări considerabile.
Principiul de funcționare al unui codificator incremental
Aceste dispozitive relativ ieftine utilizate ca și în sistemele de control ale senzorilor de viteză în circuitul de feedback, care operează la medie la viteze mari, dar la viteze foarte mici sunt sensibile la zgomot și probleme cu stabilizarea datorită erorilor de cuantificare. Aici este necesar să se ajungă la un compromis între rezoluție și rata de reîmprospătare: îmbunătățirea răspunsului tranzitoriu necesită rate de actualizare mai mari, care, pentru un anumit număr de linii reduce numărul de posibile impulsuri de codare pentru intervalul de eșantionare.
Principiul de funcționare al unui codificator optic incremental cuadratură
O consecință a naturii elementare a semnalelor de ieșire de fază în cuadratură este că orice poziție unghiulară rezoluție nu poate fi exprimat în termeni absoluți, dar numai în ceea ce privește un anumit punct de referință. Stabilirea unui astfel de punct de referință poate fi făcută în mai multe moduri. Pentru aplicațiile care implică rotație continuă cu 360 de grade, cele mai multe codificatoare includ un al treilea canal indice o ieșire specială, care se urcă la fiecare rotație completă a arborelui. poziții intermediare ale arborelui este apoi determinată de numărul la care crescuta sau descrescuta contra puls această poziție indexată cunoscută. Un dezavantaj al acestei abordări este pierderea de informații cu privire la poziția relativă în cazul unei pene de curent.
În cazul unei rotații limitate, cum ar fi o mișcare alternativă de-a lungul șinelor (ca CNC) este posibilă utilizarea limitatoarelor electrice și / sau opritoare mecanice pentru setarea poziției de referință. Pentru a îmbunătăți repetabilitate, resetarea este împărțit în două etape. Axa este rotit la o viteză redusă în direcția corespunzătoare până la până la un mecanism de oprire, după rotirea debitului de retur se produce în timpul scurt timp predeterminat. Arborele este rotit încet înapoi până la oprire la viteza lentă predeterminată din acest punct de pornire predeterminat, eliminându-se astfel orice modificări în sarcină inerțială, care ar putea afecta poziția de pornire finală. este utilizat Această abordare în două etape, de exemplu, la pornirea motorului pas cu pas pentru inițializarea poziționarea capului de imprimare într-o imprimantă.
Pe de altă parte, funcția indicelui absolut se poate baza pe unele acțiuni externe pentru a stabili un punct de referință, care este separat de bucla servo directă. O bună ilustrare a acestei situații este senzorul incremental este utilizat pentru a urmări unghiul de direcție al platformei. De exemplu, atunci când robotul este primul pornit, unghiul absolut este necunoscut și trebuie să fie inițializat de direcție cu ajutorul unui „clipă“ de acțiune către balize pe stația de andocare, un perete din apropiere, sau orice alt identificarea unui set de repere. Creșterea sau scăderea valorii contor a decodorului electronic este folosit pentru a schimba direcția vehiculului în raport cu forma de registru.
La fel ca majoritatea senzori proprioceptiva, codificatoare sunt localizate în mod obișnuit într-un mediu controlat în interiorul structurii robotului mobil, și, prin urmare, o eroare sistematică și sensibilitate încrucișată poate fi eliminată. Precizia senzorilor optici sunt de multe ori presupune a fi de 100% și, deși nu poate fi destul de corect, orice erori ale erorilor de senzori optici sunt neglijabile în comparație cu ceea ce se întâmplă la arborele motorului.
Un codificator optic absolut
codificatoare absolute sunt utilizate în mod obișnuit în aplicații cu rotație lentă, în care pierderea potențială inacceptabil de informații cu privire la situația. elemente discrete ale detectorului în matrice fotovoltaic este aliniată în mod individual cu piesele concentrice svetopreryvatele, creând efectul implementării unui codificator fără contact cu perii rotative. Atribuirea unei piese separate, pentru fiecare bit de rezoluție a discurilor rezultate conduce la o dimensiune mai mare (comparativ cu structura codificatorul incremental) și o reducere corespunzătoare a deformării admisibile la impact și vibrații. În plus, fiecare codificator suplimentar piesa dublează rezoluția, dar cvadruple valoarea senzorului.
Principiul de funcționare al codificator optic absolut
În loc de fluxul de biți în serie ca într-un senzor incremental, encodere optice absolute oferă un șablon paralel cuvânt de date de ieșire cu un cod unic pentru fiecare poziție discretă a arborelui. Cel mai frecvent utilizat codul Gray, binar și BCD de codificare. O trăsătură caracteristică a codului Gray (numit dupa Franka Greya inventatorul Labs Bell) este că doar un singur bit modificări la un moment dat, ajutând pentru a evita ambiguitățile astfel asincrone cauzate de elementele toleranțe electronice și mecanice. Pe de altă parte, codul binar include o multitudine de biți definitiv modificat este crescut sau a scăzut cu o numărare. De exemplu, trecerea de la poziția 255 la poziția 0, opt biți a schimbat de la 1 la 0. Deoarece nu există nici o garanție că toate detectoarele de prag sunt elemente ale detectorului de urmărire va lucra simultan la momentul tranziției este prezentă o incertitudine considerabilă în schema de codificare. Prin urmare, încă de validare a datelor de semnal, în cazul în care mai mult de o modificare de biți între poziția codificator succesive.
disc de răsucire pe 8 biți, gri Codat
Figura de pe stânga sensul acelor de ceasornic rândul său de o poziție determină o schimbare de un singur bit. Cifra din dreapta este același binar codificat rotirea discului va determina modificări toate biți în cazul particular (255-0), ilustrând astfel linia de referință la 12 ore.
codificatoare absolute sunt cele mai potrivite pentru viraje lente și / sau rare, cum ar fi de codificare unghiul volanului, spre deosebire de măsurarea continuă (de exemplu, roata de acționare) de rotație de mare viteză, ceea ce ar necesita calcularea deplasării de-a lungul traiectoriei de mișcare. Deși nu la fel de fiabile ca resolvers pentru aplicații la temperaturi ridicate sau mare rezistență la impact, codificatoare absolute pot funcționa la temperaturi de peste 125 de grade si rezolutie medie (1000 numere per revoluție). Un dezavantaj potențial al codificatoare absolute este că acestea paralel producția de date, ceea ce necesită o interfață mai complexă datorită numărului mai mare de fire. 13-bit encoder absolut folosind ieșiri suplimentare pentru imunitate de zgomot va necesita cablu 28-conductor (13 perechi de semnal, plus de putere și la sol) în loc de șase, în cazul unui rezolver sau codificator incremental.
Cum apreciați această publicație? (9 voturi, medie: 4.56 din 5)
Mai multe despre acest subiect
- Noul șasiu și roți traductoarele Robotoshi DFRobot
- Tehnologia TOF și viziune mașină
- senzor de Microsoft Kinect
- Cloud puncte și cu timp de zbor
- Clasificarea senzorilor
- LIDAR pe un cip: un rapid și low-cost scanări
- Senzori în robotică
- senzor LIDAR pentru $ de 100
- Teleprezenta robotului DORA dă un sentiment incredibil al realității
- Primul din lume „inteligent“ senzor de 6 axe ANN de la Fairchild
