อัลตราโซนิกเซนเซอร์ในหุ่นยนต์ ช่วยให้หุ่นยนต์อัจฉริยะหลีกเลี่ยงอุปสรรค “เล็ก รวดเร็ว และมั่นคง”

1、การแนะนำ

ช่วงอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคการตรวจจับแบบไม่สัมผัสซึ่งใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดเสียง และคลื่นอัลตราโซนิกจะสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิดเสียงเมื่อตรวจพบสิ่งกีดขวาง และระยะทางของสิ่งกีดขวางจะคำนวณตามความเร็วการแพร่กระจายของความเร็วของ เสียงในอากาศ เนื่องจากทิศทางอัลตราโซนิคที่ดีจึงไม่ได้รับผลกระทบจากแสงและสีของวัตถุที่วัดได้ ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการหลีกเลี่ยงอุปสรรคของหุ่นยนต์ เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับสิ่งกีดขวางแบบคงที่หรือไดนามิกบนเส้นทางเดินของหุ่นยนต์ และรายงานข้อมูลระยะทางและทิศทางของสิ่งกีดขวางแบบเรียลไทม์ หุ่นยนต์สามารถดำเนินการต่อไปได้อย่างถูกต้องตามข้อมูล

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการใช้งานหุ่นยนต์ หุ่นยนต์ในสาขาการใช้งานที่แตกต่างกันได้ปรากฏตัวในตลาด และข้อกำหนดใหม่สำหรับเซ็นเซอร์ก็ถูกหยิบยกขึ้นมา วิธีปรับตัวให้เข้ากับการใช้งานหุ่นยนต์ในด้านต่างๆ เป็นปัญหาสำหรับวิศวกรเซ็นเซอร์ทุกคนที่ต้องคิดและสำรวจ

ในบทความนี้ เพื่อให้เข้าใจการใช้เซ็นเซอร์หลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางได้ดียิ่งขึ้นผ่านการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกในหุ่นยนต์

2、บทนำเซ็นเซอร์

A21, A22 และ R01 เป็นเซ็นเซอร์ที่ได้รับการออกแบบตามการใช้งานควบคุมหุ่นยนต์อัตโนมัติ โดยมีข้อดีหลายประการคือพื้นที่ตาบอดขนาดเล็ก ความสามารถในการปรับตัวในการวัดที่แข็งแกร่ง เวลาตอบสนองสั้น การรบกวนตัวกรองตัวกรอง ความสามารถในการปรับตัวในการติดตั้งสูง กันฝุ่นและกันน้ำ อายุการใช้งานยาวนาน และความน่าเชื่อถือสูง ฯลฯ พวกเขาสามารถปรับเซ็นเซอร์ด้วยพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันตามหุ่นยนต์ที่แตกต่างกัน

รูปภาพสินค้า A21, A22, R01

ฟังก์ชั่นนามธรรม：

•แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากว้าง , แรงดันใช้งาน 3.3 ~ 24V ;

•พื้นที่ตาบอดสามารถมีอย่างน้อย 2.5 ซม.;

•สามารถตั้งค่าช่วงที่ไกลที่สุดได้ โดยสามารถตั้งค่าช่วงทั้งหมด 5 ระดับตั้งแต่ 50 ซม. ถึง 500 ซม. ผ่านคำแนะนำ

มีโหมดเอาต์พุตหลากหลายให้เลือก UART อัตโนมัติ / ควบคุม, ควบคุมด้วย PWM, สลับระดับ TTL (3.3V), RS485, IIC ฯลฯ (การใช้พลังงานที่ควบคุมโดย UART และควบคุมด้วย PWM สามารถรองรับการใช้พลังงานในการนอนหลับต่ำเป็นพิเศษ≤5uA)

•อัตราการรับส่งข้อมูลเริ่มต้นคือ 115,200 รองรับการปรับเปลี่ยน

• เวลาตอบสนองระดับ Ms เวลาส่งออกข้อมูลสามารถเร็วที่สุดถึง 13ms;

•สามารถเลือกมุมเดี่ยวและมุมคู่ได้ รองรับมุมทั้งหมดสี่ระดับสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน

•ฟังก์ชันลดเสียงรบกวนในตัวซึ่งสามารถรองรับการตั้งค่าระดับการลดเสียงรบกวนระดับ 5 ได้

•เทคโนโลยีการประมวลผลคลื่นเสียงอัจฉริยะ อัลกอริธึมอัจฉริยะในตัวเพื่อกรองคลื่นเสียงรบกวน สามารถระบุคลื่นเสียงรบกวน และทำการกรองโดยอัตโนมัติ

•การออกแบบโครงสร้างกันน้ำ เกรดกันน้ำ IP67;

•การปรับตัวในการติดตั้งที่แข็งแกร่ง วิธีการติดตั้งนั้นง่าย มีเสถียรภาพ และเชื่อถือได้

•รองรับการอัพเกรดเฟิร์มแวร์ระยะไกล;

3、พารามิเตอร์ผลิตภัณฑ์

(1) พารามิเตอร์พื้นฐาน

(2) ช่วงการตรวจจับ

เซ็นเซอร์หลีกเลี่ยงอุปสรรคอัลตราโซนิกมีสองมุมให้เลือก เมื่อผลิตภัณฑ์ถูกติดตั้งในแนวตั้ง มุมการตรวจจับทิศทางแนวนอนซ้ายและขวามีขนาดใหญ่ สามารถเพิ่มช่วงครอบคลุมของการหลีกเลี่ยงอุปสรรค มุมการตรวจจับทิศทางแนวตั้งขนาดเล็ก ในเวลาเดียวกัน เวลาจะหลีกเลี่ยงทริกเกอร์ที่ไม่ถูกต้องที่เกิดจากพื้นผิวถนนไม่เรียบในระหว่างการขับขี่

แผนภาพของช่วงการวัด

4、โครงการทางเทคนิคของเซ็นเซอร์หลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางอัลตราโซนิก

(1) แผนผังโครงสร้างฮาร์ดแวร์

(2) ขั้นตอนการทำงาน

ก. เซ็นเซอร์ใช้พลังงานจากวงจรไฟฟ้า

b、โปรเซสเซอร์เริ่มการตรวจสอบตัวเองเพื่อให้แน่ใจว่าแต่ละวงจรทำงานได้ตามปกติ

c、 โปรเซสเซอร์ตรวจสอบตัวเองเพื่อระบุว่ามีสัญญาณรบกวนความถี่เดียวกันอัลตราโซนิคในสภาพแวดล้อมหรือไม่ จากนั้นจึงกรองและประมวลผลคลื่นเสียงของมนุษย์ต่างดาวได้ทันเวลา เมื่อไม่สามารถให้ค่าระยะทางที่ถูกต้องแก่ผู้ใช้ได้ ให้ให้ข้อมูลสัญญาณที่ผิดปกติเพื่อป้องกันข้อผิดพลาด จากนั้นข้ามไปที่กระบวนการ k

d、โปรเซสเซอร์จะส่งคำสั่งไปยังวงจรพัลส์กระตุ้นการกระตุ้นเพื่อควบคุมความเข้มของการกระตุ้นตามมุมและช่วง

e、หัววัดอัลตราโซนิก T ส่งสัญญาณเสียงหลังจากทำงาน

f、หัววัดอัลตราโซนิก R รับสัญญาณเสียงหลังจากทำงาน

g、สัญญาณเสียงอ่อนจะถูกขยายโดยวงจรขยายสัญญาณและส่งกลับไปยังโปรเซสเซอร์

h、สัญญาณที่ขยายจะถูกส่งกลับไปยังโปรเซสเซอร์หลังจากการสร้างรูปร่าง และอัลกอริธึมอัจฉริยะในตัวจะกรองเทคโนโลยีคลื่นเสียงรบกวน ซึ่งสามารถคัดกรองเป้าหมายที่แท้จริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

i、วงจรตรวจจับอุณหภูมิ ตรวจจับอุณหภูมิภายนอกที่ตอบกลับไปยังโปรเซสเซอร์

j、โปรเซสเซอร์จะระบุเวลาส่งคืนของเสียงสะท้อนและชดเชยอุณหภูมิรวมกับสภาพแวดล้อมภายนอก คำนวณค่าระยะทาง (S = V *t/2)

k、โปรเซสเซอร์จะส่งสัญญาณข้อมูลที่คำนวณไปยังไคลเอนต์ผ่านสายเชื่อมต่อและกลับสู่ a

(3) กระบวนการรบกวน

อัลตราซาวนด์ในสาขาวิทยาการหุ่นยนต์จะเผชิญกับแหล่งสัญญาณรบกวนที่หลากหลาย เช่น สัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ การตก ไฟกระชาก ภาวะชั่วคราว ฯลฯ การรบกวนทางรังสีของวงจรควบคุมภายในของหุ่นยนต์และมอเตอร์ อัลตราซาวนด์ทำงานร่วมกับอากาศเป็นตัวกลาง เมื่อหุ่นยนต์ติดตั้งเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกหลายตัวและหุ่นยนต์หลายตัวทำงานติดกันในเวลาเดียวกัน จะมีสัญญาณอัลตราโซนิคที่ไม่ใช่เจ้าของภาษาจำนวนมากในพื้นที่และเวลาเดียวกัน และการรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างหุ่นยนต์จะรุนแรงมาก

จากปัญหาการรบกวนเหล่านี้ เซ็นเซอร์ในตัวเป็นเทคโนโลยีการปรับตัวที่ยืดหยุ่นมาก สามารถรองรับการตั้งค่าระดับการลดเสียงรบกวนได้ 5 ระดับ สามารถตั้งค่าตัวกรองการรบกวนความถี่เดียวกัน ช่วงและมุมสามารถตั้งค่าได้โดยใช้อัลกอริธึมตัวกรองเสียงสะท้อน มี ความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง

หลังจากห้องปฏิบัติการ DYP ด้วยวิธีการทดสอบต่อไปนี้: ใช้เซ็นเซอร์หลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางอัลตราโซนิค 4 ตัวเพื่อป้องกันการวัด จำลองสภาพแวดล้อมการทำงานของเครื่องจักรหลายเครื่อง บันทึกข้อมูล อัตราความถูกต้องของข้อมูลถึงมากกว่า 98%

แผนภาพการทดสอบเทคโนโลยีป้องกันการรบกวน

(4) ปรับมุมลำแสงได้

มุมลำแสงของเซ็นเซอร์การกำหนดค่าซอฟต์แวร์มี 4 ระดับ: 40,45,55,65 เพื่อตอบสนองความต้องการการใช้งานในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน

5、โครงการทางเทคนิคของเซ็นเซอร์หลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางอัลตราโซนิก

ในด้านการประยุกต์ใช้การหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางของหุ่นยนต์ เซ็นเซอร์คือดวงตาของหุ่นยนต์ การที่หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างยืดหยุ่นและรวดเร็วหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับข้อมูลการวัดที่ส่งกลับจากเซ็นเซอร์เป็นส่วนใหญ่ ในเซ็นเซอร์หลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางอัลตราโซนิกชนิดเดียวกัน มันเป็นผลิตภัณฑ์หลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางที่เชื่อถือได้ด้วยต้นทุนต่ำและความเร็วต่ำ มีการติดตั้งผลิตภัณฑ์ไว้รอบ ๆ หุ่นยนต์ การสื่อสารกับศูนย์ควบคุมหุ่นยนต์ เริ่มต้นเซ็นเซอร์ต่าง ๆ สำหรับการตรวจจับระยะทางตามทิศทางการเคลื่อนไหว ของหุ่นยนต์ บรรลุการตอบสนองที่รวดเร็วและความต้องการการตรวจจับตามความต้องการ ในขณะเดียวกัน เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกมีมุมสนาม FOV ขนาดใหญ่เพื่อช่วยให้เครื่องได้รับพื้นที่การวัดมากขึ้นเพื่อครอบคลุมพื้นที่การตรวจจับที่ต้องการที่อยู่ด้านหน้าเครื่องโดยตรง

6、จุดเด่นของการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกในโครงการหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางของหุ่นยนต์

• เรดาร์หลีกเลี่ยงอุปสรรคอัลตราโซนิก FOV คล้ายกับกล้องความลึก ค่าใช้จ่ายประมาณ 20% ของกล้องความลึก;

• ความละเอียดความแม่นยำระดับมิลลิเมตรเต็มช่วง ดีกว่ากล้องความลึก

• ผลการทดสอบไม่ได้รับผลกระทบจากสีและความเข้มของแสงในสภาพแวดล้อมภายนอก สามารถตรวจจับอุปสรรคของวัสดุโปร่งใสได้อย่างเสถียร เช่น แก้ว พลาสติกใส ฯลฯ

• ปราศจากฝุ่น ตะกอน หมอก กรดและด่างรบกวนจากสิ่งแวดล้อม ความน่าเชื่อถือสูง ไม่ต้องกังวล อัตราการบำรุงรักษาต่ำ

• ขนาดเล็กเพื่อตอบสนองหุ่นยนต์ภายนอกและการออกแบบแบบฝัง สามารถนำไปใช้กับสถานการณ์ต่างๆ ของหุ่นยนต์บริการ เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้า ลดต้นทุน