Anailís Iarratais ar Bhraiteoir Ultrasonach sa Chóras Fad Robot Soghluaiste

I. Réamhrá

Sa phróiseas maidir le bacainní fíor-ama a sheachaint agus pleanáil cosáin le haghaidh robots soghluaiste uathrialaitheach, ní mór don robot brath ar fhaisnéis chomhshaoil ​​sheachtrach a fháil, láithreacht constaicí a mhothú, agus fad na gconstaicí a thomhas. Faoi láthair, cuimsíonn seachaint constaicí robot agus braiteoirí raon braiteoirí infridhearg, ultrasonaic, léasair agus amhairc. Tá braiteoirí léasair agus braiteoirí amhairc costasach agus éilíonn siad ceanglais ard ar rialtóirí. Dá bhrí sin, infridhearg agus trasducers leibhéal ultrasonaic den chuid is mó i gcórais robot soghluaiste. úsáidtear

Úsáideann an chuid is mó de na córais braiteoir amháin le haghaidh bailiú faisnéise, ach mar gheall ar fhadhb na spotaí dalla a thomhas, tá raon braiteoirí ultrasonaic idir 30 agus 300 cm i gcoitinne; cé go bhfuil an t-achar braite braiteoirí achar infridhearg gearr, go ginearálta laistigh de na deich ceintiméadar. Go pointe áirithe, is féidir leis na heasnaimh a bhaineann le braiteoirí ultrasonaic nach féidir a thomhas ag raon gar a dhéanamh suas. Dá bhrí sin, úsáideann an córas seo braiteoirí infridhearg iomadúla agus ultrasonaic chun faisnéis achair a thomhas agus a bhailiú.

2. Raon prionsabal agus modh

(1) Braiteoir ultrasonaic
Tagraíonn ultrafhuaime do thonnta fuaime a bhfuil minicíocht athshondais níos airde ná 20Hz acu. Dá airde an minicíocht, is amhlaidh is láidre an cumas machnaimh. Tá braiteoirí ultrasonaic saor, agus is ar éigean a bhíonn tionchar ag solas, deannach, deataigh, trasnaíocht leictreamaighnéadach ar a bhfeidhmíocht, agus is féidir le miotail, adhmad, coincréit, gloine, rubair agus páipéar beagnach 100% de na tonnta ultrasonaic a léiriú, ionas gur féidir iad a úsáid chun rudaí a bhrath.
Is é an modh tomhais achar ultrasonaic an modh braite macalla. Astaíonn an trasduchtóir tarchuir bíoga fuaime go leanúnach. Tar éis don tonn fuaime teacht ar an gconstaic, léirítear ar ais agus faightear ag an trasduchtóir glactha é. Ríomhtar fad an chonstaic de réir luas na fuaime agus difríocht ama. Cuirtear an gaol idir fad agus luas fuaime agus am in iúl.

(2) Modhanna chun cruinneas trasducer raon ultrasonaic a fheabhsú
1. Úsáid an minicíocht agus an tonnfhad cuí: ag baint úsáide as transducer ultrasonaic ardchumhachta chun an t-achar a thomhas, tá an minicíocht ró-íseal; tá an cur isteach torainn seachtrach níos mó; tá an minicíocht ró-ard, agus tá an maolú mór le linn an phróisis iomadaithe. Ina theannta sin, tá an braiteoir ultrasonaic seans maith le spotaí dalla a ghiniúint le linn an phróisis tomhais, agus tá seans maith go bhfaighidh an deireadh glactha tonnta sceite. Chun an easnamh seo a fheabhsú, is gá fad an teaghrán tonn tarchurtha a laghdú agus minicíocht na toinne tarchurtha a mhéadú. Mar sin féin, má tá fad na teaghrán tonn tarchurtha ró-ghearr, ní féidir leis an trasducer tarchurtha a bheith sceitimíní nó nach sroicheann an tonnchrith corraithe an t-uasluach; má tá minicíocht an tonn tarchurtha ró-ard, tá an maolú mór, agus laghdaítear an t-achar oibre. Tá sé léirithe ag tástálacha go bhfuil 10-20 bíog ag baint úsáide as tonnta ultrasonaic 40 kHz chun an grúpa cuisle a tharchur agus go bhfuil feidhmíocht iomadaithe maith aige.

2. Is féidir le cruinneas uainiúcháin an chórais a fheabhsú freisin cruinneas trasducer achar ultrasonaic. Dá airde minicíocht comhairimh an lasc ama, is lú an earráid raon de bharr earráid chainníochtaithe ama.

3. Is féidir le cúiteamh a dhéanamh ar mhoill ama ciorcad an chórais an earráid raon a laghdú agus an cruinneas raon a fheabhsú. San fhoirmle, is é △ t an t-am moille, s; s1, s2 dhá achar tomhais aitheanta, m; Is é t1, t2 an t-am tomhais comhfhreagrach, s.

(3) Braiteoir seachanta constaicí infridhearg
Is tonn leictreamaighnéadach é infridhearg idir solas infheicthe agus micreathonn. Dá bhrí sin, ní hamháin go bhfuil tréithe iomadú líneach solais infheicthe, machnamh, athraonta, etc., ach freisin tá tréithe áirithe micreathonnta, mar shampla treá láidir agus an cumas chun dul i ngleic le Ábhar teimhneach áirithe etc. Áiríonn an braiteoir infridhearg gléas astaithe infridhearg agus gléas glactha infridhearg. Déanfaidh gach réad sa dúlra radaíocht infridhearg a ghathú fad is a bhíonn an teocht os cionn dearbh-nialas. Dá bhrí sin, ní mór cumais tarchurtha agus glactha níos láidre a bheith ag braiteoirí infridhearg.

Is é bunphrionsabal raon braite ultrasonaic infridhearg ná go n-astaíonn an feadán astaithe solais solas infridhearg, agus go bhfaigheann an feadán glactha solas-íogair solas frithchaite an ruda os a chomhair, agus ansin breithníonn sé an bhfuil constaic os a chomhair. Is féidir fad an ruda a mheas de réir dhéine an tsolais a astaítear. Is é a phrionsabal ná go n-athraíonn déine an tsolais a fhaigheann an feadán glactha le fad an réad frithchaite. Tá an déine solais frithchaite gar don fad, agus tá an déine solais frithchaite i bhfad ar shiúl.

Faoi láthair, tá minicíocht tarchurtha de thart ar 38 kHz ag lasc fhótaileictreach infridhearg, atá ar cheann de na braiteoirí is mó a úsáidtear, agus achar braite réasúnta gearr. Úsáidtear é de ghnáth chun constaicí gearr-achair a aithint. Úsáideann an córas seo braiteoir den chineál seo.

(4) Lochtanna tomhais achar infridhearg
Tionchar ag saintréithe na feiste, tá droch-frith-chur isteach ag an lasc fhótaileictreach infridhearg ginearálta agus bíonn tionchar mór ag solas comhthimpeallach air; agus tá dath an ruda braite agus réidh an dromchla difriúil, agus beidh déine an tsolais infridhearg léirithe difriúil.

Tríú, struchtúr an chórais crua-earraí

(1) Comhdhéanamh an chórais
Tá an córas tomhais fad comhdhéanta de mhicriríomhaire aon-sliseanna, ciorcad tarchurtha agus glactha ultrasonaic, ciorcad tarchurtha agus glactha infridhearg, ciorcad taispeáint dhigiteach agus ciorcad sraitheach cumarsáide. 10-giotán A / D ar an sliseanna. tiontaire.

(2) Ciorcad braiteoir ultrasonaic
Tá calafort I / O9-I / O11 Lingyang MCU ceangailte leis an gciorcad tarchurtha ultrasonaic trí-bhealach, agus tá an I / O3-I / O5 ceangailte leis an gciorcad glactha ultrasonaic trí-bhealach. Tá an transducer comhartha 40 kHz a ghineann an microcomputer aon-sliseanna aschur ag an I / O, agus tá sé treisithe ag an ciorcad amplifier teanndáileog comhdhéanta den inverter 4049B. Ar deireadh, déantar é a tharchur ag an trasducer tarchurtha ultrasonaic UCM40T; Filleann an tonn fuaime ar an mbacainn agus faigheann an trasducer glactha UCM40R, Tá an comhartha aimplithe ag ciorcad amplifier dhá chéim comhdhéanta de OP07, minicíocht-roghnaithe ag díchódóir fuaime lúb céim-ghlas LM567, scagadh amach comharthaí trasnaíochta, agus ar deireadh, ionchur isteach i microcomputer aon-sliseanna trí I / O port. Ríomhann an microcomputer sliseanna aonair fad an chonstaic trí am tarchurtha an tonn fuaime.

(3) Ciorcad braiteoir infridhearg
Is féidir an I / O0 ～ I / O6 de Lingyang MCU a úsáid mar tiontaire 10-giotán A / D. Sa chóras seo, úsáidtear na calafoirt I / O0 ～ I / O2 de Lingyang MCU mar thiontairí A / D. I / O6 ～ Tá I / O8 ceangailte le trí chiorcad tarchuradóra infridhearg, agus tá I / O0 ～ I / O2 ceangailte le trí ghlacadóir infridhearg le ciorcad. Nuair a aschuireann calafort I / O an mhicriríomhaire aon-sliseanna ardleibhéal, seolann sé leis an bhfeadán luminescent infridhearg TLN205 agus scaoileann sé solas infridhearg; léirítear an tonn solais tar éis teacht ar chonstaic agus faighte ag an bhfeadán glactha infridhearg TPS708, a ghineann sruth a fhreagraíonn don déine solais. Tar éis an ciorcad aimpliúcháin dhá chéim comhdhéanta a aimpliú, aschuireann sé voltas analógach de 0 ~ 3V, a chuirtear isteach chuig an microcomputer aon-sliseanna tríd an gcalafort A / D. Déanann an microcomputer sliseanna singil achar an chonstaic a ríomh agus a mheas trí mhéid an voltais.

4. Dearadh Bogearraí
Roghnaíonn an ríomhaire aon-sliseanna SPCE061 A fosc minicíocht an chórais = 20.480MHz, is é an minicíocht clog LAP (CPUCLK) fosc / 2 = 10. 24 MHz, roghnaíonn foinse an chloig an minicíocht 32768 Hz, roghnaíonn an fhoinse clog an minicíocht 1Hz, agus soláthraíonn an cuntar SPCE061A uainiú / Bitmer / Bitmer 24 MHz Déantar foinse clog TImerA a fhoirmiú trí oibríochtaí clogfhoinse A agus foinse clog B; Is é foinse clog TImerB ach foinse clog A.
Is tonn cearnach í an chuisle ultrasonaic 40 kHz le leibhéil arda agus ísle agus 12.5 μs gach ceann acu. Cuirtear moill 123 timthriall teagaisc ar chomhaireamh clog an LAP, is é sin 12.5 μs. Is féidir leis an ríomhaire aon-sliseanna comhartha cuisle de 40 kHz a ghiniúint trí leibhéil arda agus íseal de 12.5 μs a ghiniúint go leanúnach. Astaítear grúpa bíog de 20 bíog gach uair ar feadh 0.5 ms, agus is é 20 ms ar a laghad an t-astú bíge agus an t-eatramh ama, atá aschurtha ón bport I/O. . Roghnaíonn an córas an t-amadóir A mar idirbhriseadh ama de 20 ms agus an t-amadóir B mar chuntar ultrasonaic. Toisc go bhfuil tomhas crios marbh ag an braiteoir ultrasonaic, i ndearadh an chláir, tá an tomhas achar níos mó ná 30 cm críochnaithe ag an braiteoir ultrasonaic, agus críochnaítear an braiteoir infridhearg laistigh de 30 cm.

Sa phróiseas raon infridhearg, úsáidtear an t-amadóir A chun cur isteach 0.1S a ghiniúint le haghaidh samplála A / D, agus déantar an luach voltais a thiontú ina achar faisnéise. Sa phríomhchlár, ar dtús, cuir isteach an fo-ghnáthamh braite infridhearg. Má aimsítear constaic, cuir isteach an fo-ghnáthamh maidir le tarchur sonraí, taispeáint agus rialú tairiscint; mura n-aimsítear aon bhac, dul isteach sa fho-ghnáthamh braite ultrasonaic. Aimsíonn ultrafhuaime constaicí, ansin téann sé isteach sna fo-ghnáthaimh tarchurtha sonraí, taispeána agus rialaithe tairiscint. Mura n-aimsítear aon bhacainní, déantar braite infridhearg a dhéanamh go timthriallach infridhearg agus fo-ghnáthamh braite ultrasonaic, faoi seach.

V. Torthaí tomhais
Le linn na tástála, úsáidtear constaicí den mhéid céanna, den uigeacht agus den dath céanna le haghaidh tomhais. Léiríonn tástálacha go bhfuil cruinneas raon an chórais laistigh de 1% ó 0 go 200 cm, ar féidir leo fad na gconstaicí a thomhas go cruinn. Déanann braiteoirí infridhearg an tomhas fad laistigh de 30 cm, agus déanann braiteoirí ultrasonaic an tomhas fad idir 30 agus 200 cm.

6. Conclúid
Déanann an páipéar seo staidéar ar chóras taobh robot soghluaiste íseal-chostas, ísealchumhachta, ardfheidhmíochta, córas il-braiteoir a úsáideann braiteoirí ultrasonaic agus infridhearg, a réitíonn go héifeachtach an fhadhb a bhaineann le spotaí dalla a thomhas i gcóras raon braite amháin; Tá na trí ghrúpa braiteoirí le chéile ag trí shuíomh éagsúla den robot, ionas gur féidir leis an robot na tascanna raon a chomhlánú i dtrí threo éagsúla.