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角度传感器

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  角度传感器

  你可以很容易的测出位置和速度。当在机器人身上连接上轮子(或通过齿轮传动 角度传感器角度传感器来移动机器人)时,可以依据旋转的角度和轮子圆周数来推断机器人移动的距离。然后就可以把距离转换成速度,你也可以用它除以所用时间。实际上,计算距离的基本方程式为:

  距离=速度×时间

  由此可以得到:

  速度=距离/时间

  如果把角度传感器连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上,必须将正确的传动比算入所读的数据。举一个有关计算的例子。在你的机器人身上,马达以3:1的传动比与主轮连接。角度传感器直接连接在马达上。所以它与主动轮的传动比也是3:1。也就是说,角度传感器转三周,主动轮转一周。角度传感器每旋转一周计16个单位,所以16*3=48个增量相当于主动轮旋转一周。现在,我们需要知道齿轮的圆周来计算行进距离。幸运地是,每一个LEGO齿轮的轮胎上面都会标有自身的直径。我们选择了体积最大的有轴的轮子,直径是81.6CM(乐高使用的是公制单位),因此它的周长是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。现在已知量都有了:齿轮的运行距离由48除角度所记录的增量然后再乘以256。我们总结一下。称R为角度传感器的分辨率(每旋转一周计数值),G是角度传感器和齿轮之间的传动比率。我们定义I为轮子旋转一周角度传感器的增量。即:

  I=G×R

  在例子中,G为3,对于乐高角度传感器来说,R一直为16.因此,我们可以得到:

  I=3×16=48

  每旋转一次,齿轮所经过的距离正是它的周长C,应用这个方程式,利用其直径,你可以得出这个结论。

  C=D×π

  在我们的例子中:

  C=81.6×3.14=256.22

  最后一步是将传感器所记录的数据-S转换成轮子运动的距离-T,使用下面等式:

  T=S×C/I

  如果光电传感器读取的数值为296,你可以计算出相应的距离:

  T=296×256.22/48=1580 距离(T)的单位与轮子直径单位是相同的.

  在程序不仅仅会用到乘法和除法的数学运算,还有更多的需要多留心(有关内容我们将在第12章进行进一步的讨论)。

  使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单:如果马达 运转,而齿轮不转,说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单,而且非常有效;唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑(或者说打滑次数太多),否则你将无法检测到障碍物。如果是一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题,这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它:在驱动轮旋转的过程中,如果惰轮停止了,说明你碰到障碍物了。

  在许多情况下角度传感器是非常有用的:控制手臂,头部和其它可移动部位的位置。值的注意的是,当运行速度太慢或太快时,RCX在精确的检测和计数方面会受到影响。事实上,问题并不是出在RCX身上,而是它的操作系统,如果速度超出了其指定范围,RCX就会丢失一些数据。Steve Baker用实验证明过,转速在每分钟50到300转之间是一个比较合适的范围,在此之内不会有数据丢失的问题。然而,在低于12rpm或超过1400rm的范围内,就会有部分数据出现丢失的问题。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范围内时,RCX也偶会出现数据丢失的问题。

倾角传感器又叫做叫角度传感器,其原理也就是在一个硅片里面刻蚀了一个多晶硅表面微机械传感器,并集成了一套精密的信号处理电路,信号处理电路能将表面微机械传感器产生的模拟信号转换为占空比调制数字信号输出。实际是通过传感器的技术来测量角度,在选择倾角传感器的时候,需要知道传感器的测量范围、测量精度以及安装方法。

??? 倾角传感器通过传感器芯片采集重力加速度在传感器敏感轴上的分量大小,控制单元对芯片传输的脉冲信号进行处理,计算出倾角大小,通过通讯单元输出到网络或显示屏上。所以倾角传感器最核心的就是芯片技术和控制程序的编写。针对这两大核心——传感器芯片和控制单元,厂家主要是选择合适芯片和编程控制。

??? 倾角传感器主要应用在雷达天线角度的测量,桥梁,山体,大坝工程机械臂等等姿态的检测都得用到倾角传感器。倾角传感器的量程,精度的要求一般都是对应好的某个传感器的参数直接选型,量程通过双轴的配合,可以实现360度倾角的测量。目前产品已经非常稳定。在一些需要进行全量程倾角测量的场合,选择360度产品是比较理想的。[1]

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