חיישן אולטראסוני ברובוטים עזור לרובוטים חכמים להימנע ממכשולים "קטנים, מהירים ויציבים"

1、מָבוֹא

טווח אולטרסאונדהיא טכניקת זיהוי ללא מגע המשתמשת בגלים קוליים הנפלטים ממקור הקול, והגל הקולי משתקף בחזרה למקור הקול כאשר המכשול מזוהה, ומרחק המכשול מחושב על סמך מהירות ההתפשטות של מהירות צליל באוויר. בגלל הכיוון האולטראסוני הטוב שלו, הוא אינו מושפע מהאור ומהצבע של האובייקט הנמדד, ולכן הוא נמצא בשימוש נרחב בהימנעות ממכשולים רובוטים. החיישן יכול לחוש את המכשולים הסטטיים או הדינמיים במסלול ההליכה של הרובוט, ולדווח על מידע המרחק והכיוון של המכשולים בזמן אמת. הרובוט יכול לבצע נכון את הפעולה הבאה בהתאם למידע.

עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית יישומי רובוט, רובוטים בתחומי יישומים שונים הופיעו בשוק, ומוצגות דרישות חדשות לחיישנים. איך להסתגל ליישום רובוטים בתחומים שונים היא בעיה של כל מהנדס חיישנים לחשוב ולחקור.

במאמר זה, באמצעות היישום של חיישן קולי ברובוט, כדי להבין טוב יותר את השימוש בחיישן הימנעות ממכשולים.

2、מבוא חיישן

A21, A22 ו-R01 הם חיישנים שתוכננו על בסיס יישומי בקרת רובוטים אוטומטיים, עם שורה של יתרונות של שטח עיוור קטן, יכולת הסתגלות חזקה למדידה, זמן תגובה קצר, הפרעות לסינון מסנן, יכולת הסתגלות גבוהה להתקנה, עמיד בפני אבק ועמיד למים, חיים ארוכים ואמינות גבוהה ,וכו. הם יכולים להתאים חיישנים עם פרמטרים שונים לפי רובוטים שונים.

תמונות מוצר A21, A22, R01

תקציר פונקציה:

• אספקת מתח רחבה ，מתח עבודה 3.3 ~ 24V；

• אזור עיוור יכול להגיע עד 2.5 ס"מ לפחות;

•ניתן להגדיר את הטווח הרחוק ביותר, ניתן להגדיר טווח כולל של 5 רמות של 50 ס"מ עד 500 ס"מ באמצעות הוראות;

• מגוון מצבי פלט זמינים, UART אוטומטי / מבוקר, נשלט PWM, עוצמת בורר רמת TTL (3.3V), RS485, IIC וכו '. (צריכת חשמל מבוקרת UART ומבוקרת PWM יכולה לתמוך בצריכת חשמל בשינה נמוכה במיוחד≤5uA)；

• קצב ההחזרה המוגדר כברירת מחדל הוא 115,200, תומך בשינויים;

• זמן תגובה ברמת Ms, זמן פלט נתונים יכול להגיע ל-13ms המהיר ביותר;

•ניתן לבחור זווית אחת וכפולה, סה"כ ארבע רמות זווית נתמכות עבור תרחישי יישומים שונים;

• פונקציית הפחתת רעש מובנית שיכולה לתמוך בהגדרת רמת הפחתת רעש בדרגה 5;

•טכנולוגיה חכמה לעיבוד גלים אקוסטיים, אלגוריתם אינטליגנטי מובנה לסינון גלי קול הפרעה, יכולה לזהות את גלי קול ההפרעה ולבצע סינון אוטומטית;

• עיצוב מבנה עמיד למים, דרגת עמיד למים IP67;

• יכולת הסתגלות חזקה להתקנה, שיטת ההתקנה פשוטה, יציבה ואמינה;

•תמוך בשדרוג קושחה מרחוק;

3、פרמטרים של מוצר

(1) פרמטרים בסיסיים

(2) טווח זיהוי

חיישן הימנעות ממכשול קולי בעל גרסה של שתי זוויות לבחירה, כאשר המוצר מותקן אנכית, זווית הזיהוי האופקית של כיוון שמאל וימין גדולה, יכולה להגדיל את טווח הכיסוי של הימנעות ממכשולים, זווית זיהוי כיוון אנכית קטנה, בו זמנית זמן, הוא מונע את ההדק השגוי הנגרם על ידי משטח כביש לא אחיד במהלך הנהיגה.

תרשים של טווח המדידה

4、סכמה טכנית של חיישן הימנעות ממכשולים קולי

(1) תרשים של מבנה החומרה

(2) זרימת עבודה

a、החיישן מופעל על ידי המעגלים החשמליים.

ב、המעבד מתחיל בבדיקה עצמית כדי לוודא שכל מעגל פועל כרגיל.

c、המעבד בודק בעצמו כדי לזהות אם יש אות הפרעה אולטרסאונד באותו תדר בסביבה, ולאחר מכן מסנן ומעבד את גלי הקול החייזרים בזמן. כאשר לא ניתן לתת למשתמש את ערך המרחק הנכון, תן את נתוני הסימן החריג כדי למנוע שגיאות, ולאחר מכן קפוץ לתהליך k.

d、המעבד שולח הוראות למעגל דופק עירור הגברת כדי לשלוט בעוצמת העירור בהתאם לזווית ולטווח.

e、הבדיקה האולטרסאונדית T משדרת אותות אקוסטיים לאחר העבודה

f、הבדיקה האולטרסאונד R מקבלת אותות אקוסטיים לאחר עבודה

g、האות האקוסטי החלש מוגבר על ידי מעגל מגבר האותות ומוחזר למעבד.

h、האות המוגבר מוחזר למעבד לאחר העיצוב, והאלגוריתם החכם המובנה מסנן את טכנולוגיית גלי הקול ההפרעה, שיכולה לסנן ביעילות את המטרה האמיתית.

i、מעגל זיהוי טמפרטורה, זיהוי משוב טמפרטורת הסביבה החיצונית למעבד

j、המעבד מזהה את זמן ההחזרה של ההד ומפצה את הטמפרטורה בשילוב עם סביבת הסביבה החיצונית, מחשב את ערך המרחק (S = V *t/2).

k、המעבד מעביר את אות הנתונים המחושבים ללקוח דרך קו החיבור וחוזר ל-a.

(3) תהליך התערבות

אולטרסאונד בתחום הרובוטיקה, יתמודד עם מגוון מקורות הפרעה, כגון רעש אספקת חשמל, נפילה, נחשול, חולף וכדומה. הפרעות קרינה של מעגל הבקרה הפנימי הרובוט והמנוע. אולטרסאונד עובד עם אוויר כאמצעי. כאשר רובוט מצויד במספר חיישנים קוליים ורובוטים מרובים עובדים בצמוד בו זמנית, יהיו הרבה אותות קוליים שאינם מקוריים באותו מרחב ובאותו זמן, וההפרעה ההדדית בין רובוטים תהיה חמורה מאוד.

לאור בעיות הפרעות אלו, החיישן המובנה בטכנולוגיית התאמה גמישה מאוד, יכול לתמוך בהגדרת רמת הפחתת רעש ב-5 רמות, ניתן להגדיר את אותו מסנן הפרעות תדר, להגדיר טווח וזווית, באמצעות אלגוריתם מסנן ההד, יכולת חזקה נגד הפרעות.

לאחר מעבדת DYP באמצעות שיטת הבדיקה הבאה: השתמש ב-4 חיישני הימנעות ממכשולים קוליים כדי לגדר את המדידה, לדמות את סביבת העבודה מרובת המכונות, לרשום את הנתונים, שיעור דיוק הנתונים הגיע ליותר מ-98%.

תרשים של מבחן הטכנולוגיה נגד הפרעות

(4) זווית אלומה מתכווננת

לזווית האלומה של חיישן תצורת התוכנה יש 4 רמות: 40,45,55,65, כדי לעמוד בדרישות היישום של תרחישים שונים.

5、סכמה טכנית של חיישן הימנעות ממכשולים קולי

בתחום היישום של מניעת מכשולים הרובוטים, החיישן הוא העין של הרובוט, האם הרובוט יכול לנוע בצורה גמישה ומהירה תלוי במידה רבה במידע המדידה המוחזר על ידי החיישן. באותו סוג של חיישני הימנעות ממכשולים קוליים, מדובר במוצרי הימנעות ממכשול אמין בעלות נמוכה ובמהירות נמוכה, מוצרים מותקנים סביב הרובוט, תקשורת עם מרכז הבקרה של הרובוט, התחל חיישני טווח שונים לזיהוי מרחק בהתאם לכיוון התנועה של הרובוט, להשיג תגובה מהירה ודרישות זיהוי לפי דרישה. בינתיים, לחיישן האולטרסוני יש זווית שדה FOV גדולה כדי לעזור למכונה להשיג יותר שטח מדידה כדי לכסות את אזור הזיהוי הנדרש ישירות מולה.

6、הבהרה של היישום של חיישן קולי בסכימת הימנעות ממכשולים רובוטים

• מכ"ם אולטרסאונד הימנעות ממכשול FOV דומה למצלמת העומק, עלות כ-20% ממצלמת העומק;

• רזולוציית דיוק ברמת מילימטר מלאה, טובה יותר ממצלמת העומק;

• תוצאות הבדיקה אינן מושפעות מצבע הסביבה החיצונית ועוצמת האור, ניתן לזהות את מכשולי החומר השקופים ביציבות, כגון זכוכית, פלסטיק שקוף וכו'.

• ללא אבק, בוצה, ערפל, הפרעות סביבתיות חומצה ובסיס, אמינות גבוהה, חוסך דאגות, קצב תחזוקה נמוך;

• גודל קטן כדי לענות על העיצוב החיצוני והמשובץ של הרובוט, ניתן ליישם במגוון תרחישים של רובוטים שירות, כדי לענות על הצרכים המגוונים של הלקוחות, להפחית עלויות.