Cảm biến trong robot

Cảm biến trong robot Lớp cơ điện tử 2 K47 Cảm biến trong robot 1 Định nghĩa cảm biến Cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng lại với những kích thích và các tín[.]

Lớp điện tử 2-K47 Cảm biến robot 1.Định nghĩa cảm biến Cảm biến thường định nghĩa theo nghĩa rộng thiết bị cảm nhận đáp ứng lại với kích thích tín hiệu Đây thiết bị vơ quan trọng để robot nhận biết giới bên Chúng ta phải cần nghiên cứu rõ vấn đề ,để giúp cho robot trở lên ngày thông minh Qua hai sơ đồ sau ta hình dùng sơ lược cảm biến : x kích thích y Bộ cảm biến đáp ứng Mơ hình mạch cảm biến Q trình (các biến trạng thái) Cơ cấu chấp hành Bộ cảm biến Chương trình Bộ vi xử lý Hệ thống điều khiển tự động trình 2.Tìm hiểu số cảm biến thường sử dụng robot Nhóm : NNT-DR Lớp điện tử 2-K47  Cảm biến nhìn toạ độ chuyển động robot sủ dụng công nghệ nhận dạng ảnh Di Chuyển nhỏ tay máy điều khiển kỹ thuật với hai mạch phản hồi dễ giảm độ lớn sai lệch vị trí Sai lệch cỡ centimet hiệu số vị trí thực tay vị trí đo tính tay khác Sai số tăng từ nguồn chấp hành cảm biến mơ hình động học sử dụng tính tốn điều khiển.So với phương pháp sản xuất việc điều khiển chuyển động robot với phản hồi mắt,phương pháp không địi hỏi chỉnh định khơng gian làm việc khơng sử dụng toạ độ chuẩn tuyệt đối để tính tốn biến đổi không gian làm việc toạ độ khớp nối robot Hệ thống nhìn robot gồm có camera: camera cố định cung cấp góc nhìn khơng gian làm việc camera lắp cổ tay để nhìn cận cảnh Hệ thống nhìn có khả nhận biết đối tượng cần nhìn thao tác,phát liệu toạ độ đối tượng cảm nhận vị trí tầm nhìn Phương pháp nhìn thực theo hai bước: Camera cận cảnh cổ tay robot ban đầu điều khiển để nhìn đối tượng phạm vi hẹp.Bộ cảm nhận cuối điều khiển để di chuyển tới vị trí bình thường gần đối tượng trường.Nói chung cấu chấp hành dừng vị trí gần đó, vị trí camera đo,sau sai số vị trí đo sử dụng để tính đến sai số nhỏ vị trí đo chuyển động tương đối nhỏ,có thể điều chỉnh cách xác Ánh xạ trực tiếp gần toạ độ nhìn toạ độ khớp nối cấu chấp hành thiết kế khơng qua chuyển đổi trung gian từ toạ độ tuyệt đối Thực điều có nghĩa việc định chuẩn địi hỏỉ điểm việc định chuẩn thơng thường toạ độ tương đối Việc định chuẩn tiến hành việc đo vị trí đối tượng (trong toạ độ thị trường) đối tượng giữ cứng cấu thao tác vị trí điều khiển (trong tọa độ khớp nối cấu thao tác) camera đặt vị trí điều khiển khác Tiếp theo sec nội suy ngoại suy đến vị trí chuẩn thực cách sử dụng biến đôi động học phi tuyến  Cảm biến cáp sợi quang đo vị trí di chuyển Đây loại cảm biến rẻ tiền áp dụng vào năm 60 để đo vị trí ,khoảng cách di chuyển Cảm biến gồm khoảng 900 sợi quang ghép sợi cáp kèm theo sợi kim loại để đảm bảo độ cứng mong muốn Nhóm : NNT-DR Lớp điện tử 2-K47 Nguồn Phát Vật Cảm biến vị trí dùng sợi quang Ánh sáng tới Ánh sáng trở Mục tiêu  Cảm biến vận tốc gia tốc Để đo tốc độ động ta sử dụng phương pháp sau đây: -Sử dụng máy phát tốc - Sử dụng cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hoá -Sử dụng máy đo góc tuyệt đối -Xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dịng điện điện áp stato mà khơng cần dùng cảm biến tốc độ Hiện ta thường thường sử dụng phương pháp dùng cảm biến tốc độ với đĩa mã hoá xác định gián tiếp  Cảm biến lực Các phương pháp cảm biến lực thực cách: Nhóm : NNT-DR Lớp điện tử 2-K47 - Cân lực chưa biết với lực đối kháng cho lực tổng cộng momen tổng cộng chúng khơng - Đo gia tốc vật có khối lượng biết để xác định lực - Cân lực chưa biết với lực điện từ - Biến đổi lực thàp áp suất chất lỏng đo áp suất - Đo ứng suất tạo nên vật bị biến dạng đàn hồi suy lực Trong để đo đươc lực ta thường dùng phương pháp gián tiếp Ví dụ cảm biến lực chế tạo cách phối hợp cảm biến vị trí cảm biến đổi lực thành di chuyển.Như Bộ cảm biến lực sử dụng cuộn dây ví sai,Bộ cảm biến lực thạch anh,Bộ cảm biến lực thành áp điện Ở em xin giới thiệu bước thiết kế sensor cho robot download từ mạng với nguyên tiếng anh Em xin dịch lại sau: 1.Thiết kế Sensor: Robot khơng cảm biến máy Những robot cần phải có Sensor để giải chuyện xẩy giới bên phản hồi lại thay đổi trạng thái Trong chương giới thiệu nhiều loại cảm biến giải thích tính điện chúng sử dụng thực hành ứng dụng chúng.Những Sensor xuất không diễn tả tồn ,nhưng đơn định hướng cho 2.Sensor máy biến đổi vạn Chức Sensor đo lường nét đặc trưng giới,như ánh sáng ,âm thanh,hoặc áp suất chuyển đổi thành tín hiệu điện ,thường điện áp dòng điện.Những kiểu mà Sensor đáp ứng lại kích thích thích thay đổi điện trở chúng (như Tế bào quang điện),thay đổi dòng điện (Cảm biến quang),hoặc thay đổi điện áp (Cảm biến hồng ngoại).Những nguồn điện Sensor dễ dàng chuyển thành điện khác đặc trưng 3.Sensor liên tục số : Có hai kiểu Sensor :liên tục số Hầu hết hai loại khác chức năng,ứng dụng ,và cách sử dụng chúng vơi bo mạch robot Tín hiệu Sensor liên tục dãy số đo liên tục đầu ra.Ví dụ ,đặc thù tế bào quang điện có điện trở 1k ohm màu sáng ,và điện trở 300k ohm màu đen Cịn giá trị nằm hai khoảng phụ thuộc mức ánh sáng chiếu lên.Cảm biến số ,theo hướng khác,nó có hai trạng thái,tắt bật (“0” “1”) Ví dụ đơn giản Sensor công tắc điện Đặc thù công tắc điện mạch hở (điện trở vô lớn)khi cơng tắc khơng bật mạch kín (điện trở khơng) cơng tắc bật Nhóm : NNT-DR Lớp điện tử 2-K47 Một vài Sensor tạo tín hiệu số phức tạp.Những Sensor tạo dãy xung chuyển tiếp hai trạng thái điện áp 0V 5V.Với loại cảm biến ,tần sơ riêng hình thù dãy xung mang thơng tin từ cảm biến đo lường.Ví dụ cho loại cảm biến máy dò đầu nhọn dùng điều biến hồng ngoại.Với Sensor thực tế thành phần đo tín hiệu liên tục tín hiệu đưa xử lí thành tín hiệu số 4.Cảm biến vào bo mạch chủ robot Bo mạch chủ robot bao gồm cổng vào cho cảm biến số liên tục Các cổng nhạy cảm với điện áp ,mỗi kiểu nhận khác từ điện áp vào đưa thành liệu để vi xử lí sử lí.Cổng liên tục đo điện áp chuyển thành số từ đến 255 ,tương ứng với mực điện áp 0V 5V Chuyển thành tỉ lệ vạch thẳng,như điện áp 2.5V tạo giá trị vào 127 128 Với cổng số ,thì cách chuyển đổi thành điện áp thành giá trị 1.Nếu điện áp cổng số có mức 2.5V lúc 0,Cịn lớn 2.5V 1.Như chuyển đổi khơng giống đường thẳng 5.Đọc tín hiệu vào từ cảm biến Trong thư viện hàm C có hàm analog(-#) sử dụng để trả lại giá trị riêng cổng cảm biến liên tục.Cho ví dụ,về IC Val=analog(27) Đây giá trị biến val đầu cổng #27 Tại đầu vào số bo mạch robot có điện trở biến đổi để kéo mức điện áp đầu vào lúc 5V khơng kết nối Khi đóng ấn cơng tắc kết nối với cổng số làm thay đổi điện áp 0V làm nối ngắn mạch đất.Kết nhận đầu : mở =5V đóng =0V,là logic ngược mà chúng thường xuyên muốn.Điều ta thường ưa thích sử dụng cổng số mang giá trị thường sai chuyển đổi công tắc bật (giống tường robot khác ) ấn công tắc.Thư viện hàm IC digital(port -#) sử dụng để đọc giá trị True-False kết hợp với cổng số nối với sensor để biến đổi ngược lại tín hiệu đo lường nhận cổng số Nghĩa từ ta ấn công tắc (tức 0V phần cứng )thì hàm digital() trả lại giá trị giá trị True Ví dụ: If(digital(2)) _it(); trả lại giá trị True (hoặc ) gọi hàm do_it() cổng có giá trị 0V (biểu thị ấn khố) Nhóm : NNT-DR Lớp điện tử 2-K47 6.Kết nối chốt chuẩn Đặc điểm chung cảm biến dây Hình hình dạng giắc cắm để kết nối với cảm biến với bo mạch chủ robot Ta thấy giắc không đối xứng (do chốt tháo rời từ chốt phần đầu đực) Và phân cực.Cái giắc bo mạch robot theo hướng ,vì dây nối phải nối ,nó nối đằng sau cổng nối sensor Cái giắc cắm dễ sử dụng ,nhưng tất nhiên nối sai dây bạn phải nối lại dây kể từ giắc khơng thể xoay vịng Trên thực tế sensor nối với dây với giắc cắm Hai dây nối với nguồn 5V với bo mạch chủ robot ,kí hiệu“+5và“Gnd”.Dây thứ kí hiệu “signal” điện áp cảm biến.Nó phần cơng việc cảm biến có sử dụng điện áp bo mạch chủ (nếu cần thiết ) trả lại “answer”, điện áp dây tín hiệu 7.Mạch cảm biến Hình vẽ giới thiệu mạch kết nối với cảm biến Nhóm : NNT-DR Lớp điện tử 2-K47 Hình mơ tả mạch kết hợp với sensor Nó thuộc bo mạch chủ robot mơ hình chung cho kênh nối với sensor Ở ta cần ý tới điện trở kéo nối từ sensor từ dây tín hiệu vào với nguồn 5V Có hai lí để ta sử dụng điện trở Thứ ,nó tạo giá trị mặc định cho đầu vào sensor - giá trị đầu vào khơng có sensor Một số ICs ,lắp bo mạch chủ robot đọc dịch từ điện áp vào sensor ,nó khơng thực tốt đầu vào phía bên trái khơng kết nối Với mạch khơng có kết nối điện trở kéo ln nối với nguồn 5V nên đầu vào sensor đường thẳng Như ,giá trị mặc định cổng liên tục 255 ,Trong giá trị mặc định cổng số mức logic sai.(nhớ 5V đầu vào ) Nhóm : NNT-DR Lớp điện tử 2-K47 Em xin giới thiệu loại sensor bắt đường robot ,thường dùng thực tế Cảm biến hồng ngoại gồm :đèn led (phát )và transistor thu Nguyên lí chung : cường độ phát lớn dịng điện transistor lớn Theo sơ đồ điện rơi điện R mạch thu lớn R tăng Ta thấy màu sắc khác độ phản xạ khác dẫn đến dịng thu khác Nhóm : NNT-DR Lớp điện tử 2-K47 Đây mạch thực tế khơng dùng nhạy cảm với nhiễu (ánh sáng tự nhiên ,ánh sáng đèn) Thực tế dùng :mạch phát +5v R41 R42 1k R6 5.6k R7 5.6k 1.6 1V 3.332V D1 1.6 1V C4 0.1uf C3 10n POTA Điốt phát hång ngo¹i U10 VCC TRIGGER RESET OUTPUT CONTROL THRESHOLD DISCHARGE GND R12 Q1 10k 677.8mV D613 555B Nhóm : NNT-DR Lớp điện tử 2-K47 Mạch thu tín hiệu: +5v +5v V+ - OUT 12 LM324 U13D 13 11 R24 1k 1k + V+ U13A 1uf R31 + OUT 0 R26 1k 14 R29 R30 1k 1k LED C11 4.7uf Q4 10k +5v Q2SC829 R27 10k 0 R28 10k Nhóm : NNT-DR D4 LM324 11 R25 - V- C10 V- R23 1k +5v +5v 10 Lớp điện tử 2-K47 I.Động bước : 1.Mở đầu Lợi ích động bước : Khơng chổi than: Không xảy tượng đánh lửa chổi than làm tổn hao lượng, số môi trường đặc biệt (hầm lị ) gây nguy hiểm Tạo mơmen giữ: Một vấn đề khó điều khiển điều khiển động tốc độ thấp mà giữ mômen tải lớn Động bước thiết bị làm việc tốt vùng tốc độ nhỏ Nó giữ mơmen chí vị trí nhừ vào tác dụng hãm lại từ trường rotor Điều khiển vị trí theo vịng hở: Một lợi lớn động bước ta điều chỉnh vị trí quay roto theo ý muốn mà khơng cần đến phản hồi vị trí động khác, dùng đến encoder hay máy phát tốc (khác với servo) Độc lập với tải: Với loại động khác, đặc tính tải ảnh hưởng tới chất lượng điều khiển Với động bước, tốc độ quay rotor không phụ thuộc vào tải (khi nằm vùng momen kéo được) Khi momen tải lớn gây tượng trượt, khơng thể kiểm sốt góc quay Phân loại động : Động buớc với roto nam châm vĩnh cửu - nhận biết : + Khi nhãn mác, quay trục động bước có rotor nam châm vĩnh cửu ta thấy vướng theo chu kỳ cưa.Trong đó, động từ trở thấy trơn + Cũng phân biệt đồng hồ vạn Động từ trở thường có 3-4 cuộn dây đấu chung GND động nam châm vĩnh cửu khơng - phân loại động : Nhóm : NNT-DR 13 Lớp điện tử 2-K47 +)Động loại đơn cực (Unipolar), thường có đầu Đầu 1,2 thường nối với cực dương, hai đầu a b nối xuống đất khơng định chiều quay động +)Động loại lưỡng cực (Bipolar), thường có đầu Về cấu tạo đơn giản khó cho điều khiển phải đảo chiều dịng điện qua cuộn dây a,b Động bước kiểu từ trở Nhóm : NNT-DR 14 Lớp điện tử 2-K47 Ngun lí : Thơng thường có ba bốn cuộn dây đấu chung đầu Đầu chung nối với nguồn dương, đầu lại cho thông với đất để quay rotor Trên hình vẽ, rotor có stator có cực Mỗi cuộn dây quấn hai cực đối Vì vậy, giả sử, cấp điện cho cực (stator), rotor quay cực gần (X) để thẳng với cực Cắt điện cuộn số 1, tiếp tục cấp điện cho cuộn 2, rotor quay tiếp sau (Y) cho thẳng với cực Cứ điều khiển quay rotor Sơ đồ điều khiển động từ trở : Điện áp cấp qua khố chuyển để ni cuộn dây, tạo từ trường làm quay rotor Các khố khơng cụ thể, thiết bị đóng cắt điều khiển rơle, transitor cơng suất Tín hiệu điều khiển đưa từ điều khiển vi mạch chuyên dụng, máy tính Vấn đề bảo vệ khóa điều khiển : Do cuộn dây động có tính chất cảm nên khơng thể đóng cắt dịng qua cuộn dây Khi đóng, dịng cuộn dây tăng từ từ, trễ so với áp Khi mở khố, dịng gây lên điện áp lớn đánh thủng tiếp điểm khoá Để tránh vấn đề có hai phương cách giải quyết: + Mắc vào hai đầu cuộn dây diode ngược + Mắc vào hai đầu cuộn dây tụ điện Như hình vẽ: Nhóm : NNT-DR 15 Lớp điện tử 2-K47 C1: Diode đảm bảo dẫn dòng qua thời gian ngắn Nếu dùng diode thường, loại 1N400x cần mắc song song thêm tụ nhỏ C2: Khi mở khoá, lượng cuộn dây nạp vào tụ Điện áp cực tụ cao điện áp nguồn phải đảm bảo nhỏ điện áp chịu đựng khố chuyển Từ có cơng thức tính tụ bảo vệ Khi khố đóng, áp từ tụ xả qua khoá khoá cần chịu điện áp P CU / LI / LI C (U van _ max  U ng ) Điều khiển động bước đơn cực : Nhóm : NNT-DR 16 Lớp điện tử 2-K47 Mạch thực tế : Khoá chuyển mạch dùng transitor SK3180 với hệ số khuếch đại khoảng 1000 lần Với điện trở bazơ 470 Ohm, dòng bazơ khoảng 10 mili Ampe, nghĩa cho dịng qua cuộn dây đạt vài Ampe Có thể thay 74LS04 phần tử logic khác có cấu tạo collector hở, chịu dịng qua khoảng 10 mili Ampe Khi khố chuyển có cố, dịng từ tải khơng “chảy” quay lại mạch điều khiển + MOSFET ( Metal Oxit Semiconductor Field Effect Transitor): Điều khiển điện áp,Ron nhỏ, tự ngắt điện áp source-drain cao, bật tắt với tốc độ cao, hồn tồn tuyến tính MOSFET IRC IRL 540 dẫn dịng lên tới 20 Ampe tự ngắt điện áp 100V Điều dẫn đến việc khơng cần phải có diode bảo vệ gắn switch với phiến tản nhiệt phù hợp Trên mạch diode ổn áp 5.1 V, điện trở 100 Ohm Trong trường hợp transitor bị hỏng, áp ngược vượt cao làm hỏng linh kiện TTL mạch điều khiển Với điều khiển động cần dòng qua cuộn dây cỡ 500 mili Ampe, dùng IC loại dãy darlington collector hở: + ULN2003, ULN2803 ( Allegro Microsystem) Nhóm : NNT-DR 17 Lớp điện tử 2-K47 + DS2003 (National Semiconductor), MC1413 ( Motorola) Điều khiển động lưỡng cực với cầu H: Motor bước lưỡng cực cuộn dây điểm nên đảo chiều quay động gặp khó khăn Để đảo chiều từ trường sinh cuộn dây ( có nghĩa đảo chiều dòng điện) phải dùng cấu trúc gọi cầu H Với khố A,B,C,D thiết lập 16 chế độ chế độ ngắn mạch nguồn Thơng thường sử dụng A,D đóng chế độ thuận B,C đóng chế độ ngược Chế độ hãm Cặp khố A,D đóng, cặp khố B,C mở, dịng chảy qua cuộn dây theo chiều mũi tên Nếu mở nhanh hai khố A,D tục trì dịng cũ qua hai tác dụng áp nguồn với đất, tắt nhanh, rotor Nhóm : NNT-DR dòng tiếp diode Với dòng quay 18 Lớp điện tử 2-K47 Nếu khố khố A cịn để D cũ, dịng điện khép kín qua cuộn dây hình vẽ Do điện trở nhỏ cuộn dây, dịng trì thời gian giảm dần có tác dụng tạo nên phanh hãm động, kéo rotor dừng lại Chế độ chống ngắn mạch Một vấn đề đáng lưu tâm điều khiển động loại lưỡng cực vấn đề chống ngắn mạch Giữa AB ( CD) phải có liên động điện Dưới minh hoạ Nhóm : NNT-DR 19 Lớp điện tử 2-K47 XY ABCD Mode     00 0000 01 1001 10 0110 Chạy nghịch 11 0101 Hãm   giảm dòng nhan thuận Xét mạch cầu H thực tế : Nhóm : NNT-DR 20 ... Phương pháp bố trí cảm biến robot dị đường : Bố trí cảm biến hai cảm biến hai bên mép để robot theo đường thẳng Ví dụ số cảm biến màu E3S-VS color mark sensor hãng omron Động robot Nhóm : NNT-DR... cảm biến lực chế tạo cách phối hợp cảm biến vị trí cảm biến đổi lực thành di chuyển.Như Bộ cảm biến lực sử dụng cuộn dây ví sai,Bộ cảm biến lực thạch anh,Bộ cảm biến lực thành áp điện Ở em xin giới... stato mà khơng cần dùng cảm biến tốc độ Hiện ta thường thường sử dụng phương pháp dùng cảm biến tốc độ với đĩa mã hoá xác định gián tiếp  Cảm biến lực Các phương pháp cảm biến lực thực cách: Nhóm