Что такое датчик усы

roboforum.ru

Технический форум по робототехнике.

• Список форумов‹Мастерская‹Сенсорика
• Изменить размер шрифта
• Версия для печати

• Магазин
• Правила
• Wiki
• FAQ
• Регистрация
• Вход

Усы и шерсть робота

Усы и шерсть робота

Виктор Казаринов » 16 ноя 2009, 12:32

Re: Усы и шерсть робота

yak-40 » 16 ноя 2009, 12:36

Re: Усы и шерсть робота

galex1981 » 16 ноя 2009, 12:38

Re: Усы и шерсть робота

Виктор Казаринов » 16 ноя 2009, 12:39

Re: Усы и шерсть робота

MiBBiM » 16 ноя 2009, 12:43

Re: Усы и шерсть робота

EdGull » 16 ноя 2009, 12:47

Re: Усы и шерсть робота

Master » 16 ноя 2009, 12:48

Re: Усы и шерсть робота

Michael_K » 16 ноя 2009, 13:02

Ну типичное решение — это пружинистый усик (например струна о гитары),
который в свободном состоянии проходит сквозь проводящую трубочку, не касаясь ее.
Когда усик до чего-то дотрагивается, он изгибается и коротит об трубочку — вот вам и датчик.
Такое решение частенько встречается.

А еще к нам приносили образцы полупроводниковых датчиков изгиба.
Выглядит как пленка с двумя ножками.
Типа тензо, только не точные, зато чувствительные — сопротивление меняется на пару порядков
(например с килоома до ста килоом). По заявлению производителя используются в игрушках,
датчиках удара в атомобилях (подушки выстреливать) и т.д.

Re: Усы и шерсть робота

Виктор Казаринов » 16 ноя 2009, 13:03

Re: Усы и шерсть робота

Vorral » 16 ноя 2009, 13:27

Re: Усы и шерсть робота

Michael_K » 16 ноя 2009, 13:31

Re: Усы и шерсть робота

Vorral » 16 ноя 2009, 14:14

Re: Усы и шерсть робота

Виктор Казаринов » 16 ноя 2009, 14:14

Re: Усы и шерсть робота

Vorral » 16 ноя 2009, 14:23

Re: Усы и шерсть робота

frig » 16 ноя 2009, 14:29

если в самом деле сделать усы простыми элементами, то при достаточно большом количестве — весьма достойный источник информации. если облепить ими достаточно большую часть поверхности робота, то будет довольно информативно.

Vorral — навигация ваша это, конечно хорошо (когда будет работать) но и без нее достаточно много источников информации, а определение своего положения на карте это далеко не все задачи по сканированию обстановки вокруг. усы в это отношении — замечательный источник. при должном их количестве.

Добавлено спустя 41 секунду:
трубочка со струной — замечательно. когда струна выходит из трубки на нее надо напаять леску и будет достаточно мягко.

Добавлено спустя 1 минуту 37 секунд:
еще имхо вот что. лучше много примитивных датчиков, чем один сложно-наворочанный.

Источник статьи: http://roboforum.ru/forum68/topic7025.html

Принцип работы ультразвукового датчика и способы измерить расстояние

Идею определять расстояние до предметов с помощью звука человек позаимствовал у природы. Летучие мыши, дельфины и некоторые другие животные, посылая звуковые сигналы и принимая отраженные, ориентируются в пространстве. По тому же принципу работает ультразвуковой датчик. Излучая звуковые волны ультравысокой частоты, сканирует пространство перед собой, и по отраженному сигналу обнаруживает объекты и вычисляет расстояние до них.

Принцип действия

Датчики ультразвукового излучения используются для обнаружения объектов, контроля их движения и измерения расстояний до них. Принцип действия состоит в следующем. Прибор излучает звуковые колебания с частотой больше 20000 герц. При встрече с объектом они отражаются, попадают в приемник, и фиксируется. Электронная схема отсчитывает время, которое прошло с момента импульса до момента приема эха. Расстояние высчитывается по формуле: R= tV/2, где t – время между импульсом и приемом эха, V — скорость звука. Произведение делится на 2, потому что звуковые волны проходят путь, равный двойному расстоянию между объектом и датчиком. Скорость звука в различных средах неодинаковая: в воздухе это 331 м/сек, в дереве –1500, в воде – 1430.

Расстояние, на котором обнаруживаются объекты – до 8 метров, при условии, что у них твердая и гладкая поверхность. Если они изготовлены из мягкого, пористого материала, поглощающего звук – расстояние сокращается.

Описание и назначение

Датчик ультразвука — техническое устройство, которое состоит из нескольких основных частей:

Излучатель

Наиболее распространены два вида излучателей: магнитострикционный и пьезоэлектрический.

Магнитострикционный — ультразвуковые колебания возникают при изменении линейных размеров ферромагнетика в переменном магнитном поле.

• надежность — не менее 10 000 часов непрерывной работы;
• коэффициент полезного действия 80%.

• сложная конструкция;
• необходимо водяное охлаждение.

Пьезоэлектрический – ультразвуковые волны возникают при изменении линейных размеров диэлектрика, выполненного в виде мембраны, в переменном электрическом поле.

• простота конструкции;
• получение ультразвука широкого частотного диапазона;
• незначительные размеры.

• низкая мощность излучения.
• В ультразвуковых датчиках используются в основном пьезоэлектрические излучатели.

Приемник

Пьезоэлектрический эффект имеет обратную сторону: ультразвук, попадая на пьезоэлемент, вызывают в нем колебательные движения, в результате которых возникает электрический ток. На этом принципе работают датчики ультразвукового излучения: возникновение тока в электрической цепи говорит о появлении объекта перед прибором.

По конструкции приемо-передающей системы выделяют два типа датчиков:

В данной схеме передатчик и приемник — единый элемент. Мембрана, излучив ультразвук, принимает отраженный сигнал и формирует электрический сигнал. Это упрощает конструкцию, уменьшает размер. Однако есть недостаток. Мембрана после излучения не может сразу перейти к приему – необходимо время, чтобы колебания погасли. Этот период получил наименование «мертвое время». Расстояние до приемника, ближе которого отраженный объектом сигнал будет попадать на мембрану в мертвое время, называется слепой зоной. На таком расстоянии прибор не фиксирует сигнал, и объект не обнаружиться. С этим явлением борются. При помощи настроек и специальных режимов работы удается уменьшить слепую зону в 2 раза, но полностью устранить ее невозможно.

• с двумя головками

Передатчик и приемник – отдельные части конструкции. У прибора нет слепой зоны, однако требуется настройки элементов для совпадения частоты передачи и приема сигнала.

Назначение датчика ультразвука — фиксация появления объектов в зоне действия, измерение расстояния до них, подсчет перемещающихся в зоне обзора предметов, определения уровня сыпучих грузов и жидкостей. При выполнении этих задач он может работать в темноте, в условиях задымленности, запыленности, повышенной влажности, высоких и низких температур. Прибор нечувствителен к звуковым сигналам слышимого диапазона. При необходимости легко регулируется на другие измерительные диапазоны.

Примеры

Ультразвуковой датчик Lego Mindstorm EV 3

Входит в робототехнический конструктор Lego Mindstorm EV 3. Основная функция — измерение расстояния до объектов, находящихся в поле зрения сенсора.

Выполнен по схеме с двумя головками. Одна – пьезоэлектрический преобразователь-излучатель AW8T40, другая — пьезоэлектрический преобразователь-приемник AW8R40. Головки размещены в общем корпусе вместе с микроконтроллером и микросхемами усиления сигнала. Датчик через кабель подключается к центральному микрокомпьютеру EV 3.

• Частота излучения – 40000 герц.
• Дистанция обнаружения — до 255 см.
• Слепая зона — 3 см.
• Точность измерения — +/- 1 см.
• Вес – 0,05 кг.

Лучше обнаруживает объекты с гладкой, хорошо отражающей звуковые волны поверхностью. Объекты, покрытые мягкой тканью, могут не обнаруживаться датчиком. Затруднено фиксирование объектов сферической формы, либо имеющих наклонные поверхности.

Работает в двух режимах:

• режим определения расстояния;
• режим обнаружение другого ультразвукового излучателя.

Датчик сконструирован для использования в наборе Lego Mindstorm EV 3 и автоматически определяется программным обеспечением микрокомпьютера. Устанавливается на роботах, собранных из элементов набора.

Ультразвуковой датчик HC-SR04

Датчик также выполнен по двухголовочной схеме и состоит из пьезоэлектрического преобразователя-излучателя TCT40-16T, и пьезоэлектрического преобразователя-приемника TCT40-16R. Они размещены на плате, размером 45х25 мм, с обратной стороны которой смонтированы микросхемы и другие элементы. Внизу платы выведены четыре контакта: 2 – питания, 2 – цифровые вход и выход.

• Напряжением — 5 В.
• Частота ультразвука — 40 кГц
• Дистанция обнаружения — до 400 см.
• Слепая зона – 2 см.
• Минимальный разрешение – 0,3 см.
• Эффективный угол наблюдения — 15°.
• Вес- 8,3 гр.

Обычно он интегрируется с аппаратной платформой Arduino, но может подключаться и к другим микроконтроллерам. Благодаря открытой архитектуре и программному коду Arduino, HC-SR04 широко используется в любительских и профессиональных проектах: конструирование робототехники, создание измерительных приборов и сторожевых систем и т.п.

Работает только в активном режиме – не определяет посторонние источники ультразвука.

Востребованности прибора способствует цена – около 100 рублей.

Применение сенсоров ультразвукового излучения в робототехнике

Главная задача, решаемая в робототехнике с помощью датчиков этого вида — ориентирование робота на местности, предотвращение столкновений и обеспечение обхода препятствий.

Достоинства систем ориентации, построенных на ультразвуковых датчиках:

• цена;
• проста в изготовлении, так как монтируется из легкодоступных элементов;
• при интегрировании в роботизированные устройства не требуется менять схему управления робота;

• универсальность;
• нечувствительность к неблагоприятным факторам окружающей среды: задымленность, запыленность, отсутствие света, высокая влажность.

Учитывая незначительную дистанцию действия сенсоров в воздушной среде, их применяют в пространствах ограниченного объема искусственного или естественного происхождения, с твердыми и ровными поверхностями. Это обеспечивает получение устойчивого эхо-сигнала. В таких условиях информация ультразвукового дальномера объективна. Для кругового обзора необходимо увеличение количества датчиков. Определение расстояние до преграды в движении, остановка и объезд достигается программными средствами.

Ультразвуковые сенсорные системы широко применяются в подводных роботах, являясь основными средствами контроля окружающего пространства. Здесь в качестве гидроакустических преобразователей используют магнитострикционные излучатели, обладающие большой акустической мощностью.

Другие сферы применения

Ультразвуковые сенсоры применяют в различных областях:

• Для контроля физико-химических характеристик веществ. Принцип действия основан на сравнения скорости звука в проверяемом веществе с эталонным – расхождение указывает на изменения в веществе.
• Для контроля расхода жидких веществ в трубопроводах. Принцип действия основывается на сравнении скорости ультразвуковых колебаний по направлению потока и против него. Метод не требует помещение датчика внутрь трубопровода — сенсор крепится с наружной стороны.
• Для определения уровней жидких или сыпучих материалов.
  Принцип действия основан на отражении ультразвука, посылаемого датчиком, от границы раздела «газ – жидкий или сыпучий материал». При понижении уровня время прохождения колебаний меняется, и прибор сигнализирует об этом.
• Для охраны помещений. Принципов действия несколько:
• охранный датчик испускает ультразвуковое излучение. При появлении в зоне обнаружение объекта отраженный сигнал принимается датчиком. Далее он действует по выбранному алгоритму: включает сирену, подает сигнал на пульт охраны и т.д.;
• сигнал охранного датчика попадает на приемник, расположенный на некотором расстоянии. При прохождении объекта между приемником и излучателем сигнал прерывается, и сенсор действует по приведенному алгоритму.

Для надежности обычно применяют несколько ультразвуковых охранных датчиков, работающих на разных принципах.

• Пожарная безопасность. Ультразвуковой пожарный извещатель действует по тому же принципу, что и охранный. Реагирует не на объект, а на движение нагретого огнем воздуха. Отличается высокой чувствительностью. Измерители температуры газов и пожарные сигнализаторы, основанные на изменении скорости распространения при изменении температуры среды или появления дыма.

Ультразвуковой контроль качества материалов и изделий. Принцип действия основан на отличии скорости звука в разных средах и отражении ультразвука от границы сред. Обнаруживает точное расположение внутренних дефектов на глубине нескольких метров.

• Медицина. Проведение ультразвукового исследования для диагностики внутренних патологий. Принцип работы датчика основан том, что скорость прохождения ультразвуковых волн в тканях человека. Отраженный сигнал меняет длину волны в различных тканях организма. Визуализация сигнала на экране прибора дает возможность увидеть строение внутренних органов человека.

Источник статьи: http://prodatchik.ru/vidy/datchik-ultrazvukovoj/