Приложение 1: Программирование и датчики

Аннотация:

В этом приложении содержится краткий обзор вариантов использования программирования и датчиков в системе проектирования VEX Robotics Design System.

Программирование

Микроконтроллер VEX Cortex выпускается с исходным программным обеспечением, благодаря чему пользователи могут использовать его сразу после приобретения. Для использования системы проектирования VEX Robotics Design System без автономного программирования или датчиков робота требуется дополнительное программное обеспечение. Система готова к работе сразу после поставки. Тем не менее, применение меню передатчика и/или перемычек в определенных портах цифрового ввода/вывода позволяет вносить незначительные изменения в функции робота (масштабирование джойстика, изменение направления электромотора). Для расширения возможностей управления может использоваться пользовательский программный код. Дополнительная информация представлена в сети Интернет по адресу: http://www.vexrobotics.com/products/programming (на английском языке) и http://vex.examen-technolab.ru/material/video (на русском языке: видео-уроки по освоению программной среды и программированию)

Данные возможности позволяют создавать полноценно функционирующих роботов, настраивать джойстик VEXnet, интегрировать любые совместимые датчики в конструкцию робота для реализации дополнительных функций, например, управления с обратной связью в замкнутом контуре и пр.!

Подсистема датчиков

В системе проектирования VEX Robotics Design System существует множество датчиков. Полный перечень представлен на сайте: http://www.vexrobotics.com/products/accessories/sensors

Ниже приводится обзор некоторых датчиков, используемых в системе проектирования VEX Robotics Design System.

Ограничительный переключатель VEX

При срабатывании, ограничительные переключатели VEX отсылают сигналы микроконтроллеру. Эти переключатели идеально подходят для индикации достижения верхнего или нижнего предельного положения руки робота, а также могут применяться в триггерных схемах. Когда ограничительный переключатель находится в исходном (свободном) положении, датчик отправляет своему порту ВЫСОКИЙ сигнал. Этот высокий сигнал исходит от микроконтроллера. При воздействии на переключатель внешней силы (например, при столкновении со стеной), сигнал изменяется на НИЗКИЙ до момента освобождения переключателя. Находясь в свободном положении, переключатель не различим для открытого порта, как если бы он был вообще не подключен!

Бамперный переключатель VEX

Бамперные переключатели VEX представляют собой ударопрочные бамперы, срабатывающие (но не разрушающиеся) от сильного ударного воздействия. Эти переключатели используются для индикации контакта и создания реакции робота на контакт, например, изменение курса. Принцип действия этого переключателя не отличается от принципа действия ограничительного переключателя, их различие заключается только в форме срабатывающего устройства.

Потенциометр VEX

Потенциометры VEX определяют положение и направления вращения вала. Этот датчик используется для выполнения аналогового измерения углового положения. Данное измерение позволяет определять положение руки робота или других его механизмов. Использование потенциометра VEX в конструкции робота позволяет упростить реализацию автономных схем его поведения. Робот, оборудованный потенциометром, получает данные об угловом положении и движении различных элементов, чем обеспечивается повышенная точность управления. Потенциометр является электрическим устройством и применяется для измерения углового положения. С его помощью пользователь может настраивать предел, до которого потенциометр противодействует электрическому току, протекающему через него, путем простого поворота оси, присоединенной к центру потенциометра. При изменении сопротивления потенциометра, напряжение также изменяется, чем провоцирует работу потенциометра в качестве делителя переменного напряжения. Микроконтроллер Cortex измеряет это переменное напряжение, значение которого прямо пропорционально угловому положению вала, присоединенного к центру потенциометра. Этим достигается аналоговое измерение углового положения.

Ультразвуковой дальномер VEX

Ультразвуковой дальномер VEX позволяет определять наличие препятствий на пути робота путем распространения высокочастотных звуковых волн. Датчик генерирует звуковую волну 40 кГц, которая отражается от любых поверхностей и возвращается к датчику Затем, на базе времени, потребовавшегося волне на то, чтобы вернуться, определяется расстояние до объекта. Ультразвуковые дальномеры могут использоваться для расчета расстояния до объектов. Они также могут применяться для определения наличия любых препятствий на пути робота. Для увеличения диапазона действия датчика, его можно устанавливать на серво или электромоторе, обеспечивающем его вращение. Ультразвуковой дальномер VEX работает в диапазоне от 1,5 до 115 дюймов.

Отслеживатели траектории VEX

Отслеживатели траектории VEX позволяют запрограммировать робота на отслеживание черной линии на белой поверхности. Отслеживатели траектории состоит из инфракрасного светового датчика и инфракрасного светодиодного индикатора. Принцип действия датчика основывается на освещении поверхности инфракрасным лучом. Датчик собирает отраженное излучение и, на основе его интенсивности, определяет отражающую способность поверхности. Светлые поверхности отражают больше света, чем темные. Поэтом светлые поверхности являются более яркими для датчик. Это позволяет датчику выделять темную линию на белой поверхности, и также белую линию на темной поверхности. Отслеживатель траектории позволяет роботу самостоятельно следовать маршруту, отмеченному линией. Если начертить линию траектории перед роботом, оборудованным отслеживателем траектории, этот робот будет следовать маршруту автономно, без необходимости управления со стороны оператора.  

Световые датчики VEX

Световые датчики VEX используют фотоэлемент, позволяющий роботу определять присутствие света и реагировать на него. Робот может быть запрограммирован на определенную реакцию на каждое полученное значение объема света. В конструкцию светового датчика входит резистивный фотоэлемент на основе сульфоеленида кадмия (CdS). Фотоэлемент на основе CdS является фоторезистором, что означает, что его значение сопротивления изменяется в зависимости от объема выявленного света. Спроектируйте простое устройство слежения, позволяющее отслеживать луч света, или используйте световой датчик в конструкции робота, способного избегать затененных пространств. Установите на световые датчики цветные фильтры, с помощью которых робот сможет различать несколько цветов.

Оптические датчики положения вала VEX

Оптические датчики положения вала VEX используются для измерения относительного положения и пути, пройденного валом по окружности. Датчик работает за счет обнаружения света на границе диска с прорезями, равномерно нанесенными по окружности на заданном расстоянии друг от друга. В процессе вращения диска, свет просачивается через прорези и блокируется не просвечивающим пространством между прорезями. Датчик определяет количество прорезей, пропускающих свет, и направление вращения диска. Оптический датчик положения вала может использоваться для определения пройденного валом пути, направления движения и положения любого вращающегося элемента, например, руки захвата или колеса.

Встроенные сенсорные модули VEX

Встроенный сенсорный модуль VEX устанавливается вместо пластиковой крышки на задней стенке 2-проводного электромотора 269 или 393 и представляет собой импульсный датчик. Установите это изделие и присоедините его к микроконтроллеру Cortex через порт I2C для получения отклика непосредственно от электромотора. Этот датчик предоставляет данные от скорости работы электромотора, проделанном им пути, а также направлении движения. Эти датчики могут использоваться по аналогии с оптическими датчиками положения вала, но при этом они занимают меньше места.

Гироскопический датчик VEX

Гироскопический датчик VEX измеряет угловое смещение робота VEX, за счет чего обеспечивается отслеживание ориентации или направления движения робота. Этот датчик с одной осью определят вращение до 1000 градусов в секунду. Гироскопы могут использоваться для обеспечения автономного перемещения робота по прямой линии и корректировки курса для оператора. При использовании в паре с другими датчиками, устройство позволяет запрограммировать непрерывное определение точного положения относительно стартового положения.

Аналоговый акселерометр VEX

Аналоговый акселерометр VEX измеряет ускорение трех осей единовременно. Измерение ускорения робота позволяет рассчитать его скорость, а также, что более важно, расстояние, пройденное роботом. Акселерометр также прекрасно подходит для выявления столкновений и определения состояний остановки или движения робота.