Детекторы приближения

Очень полезно уметь уклоняться от столкновения с неподвижным или мобильным препятствиями. Столкновение может привести к неожиданным последствиям. Итак, данное умение - очень ценное преимущество робота.

Для обнаружения препятствий, расположенных на небольшом расстоянии, можно использовать излучающий ИК-светодиод с небольшим фотоприемником. В совокупности компоненты называют оптопарой.

Используемый принцип обнаружение препятствия близок к принципу работы датчика отражения, но с одним усовершенствованием. ИК-излучение должно быть не непрерывным, а импульсным, что позволит исключить паразитные ИК-излучения (солнечный свет, источник тепла). При наличии препятствия перед роботом излучение отражается и принимается приемником. Но эффективность этой системы зависит от мощности излучения, угла отражения, происхождения и цвета препятствия.

Импульсное излучение модулирует несущую волну на частоте 40 кГц. Эта частота является стандартной несущей частотой всех коммуникационных систем, использующих ИК-излучения (пульты дистанционного управления телевизорами и прочие приборы). Излученный сигнал принимается специальным приемным модулем, который включает в себя фотодиод, усилитель и демодулятор, работающий на частоте 40 кГц. Модуль после демодуляции преобразует ее в цифровую форму и в уровнях, непосредственно совместимых с уровнями сигналов на входах платы управления.

Для обеспечения достоверности информации необходимо, чтобы продолжительность излучения составляла примерно 1 мс, а между излучениями выдерживалась пауза длительностью 1 мс. Во время излучения выполняется чтение приемника, наличие препятствия подтверждается отсутствием сигнала приемника при отсутствии излучения. Указанные промежутки могут быть сокращены при испытаниях в конкретной ситуации.

Схема датчика представлена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 – Схема детектора приближения

Для увеличения или уменьшения расстояния обнаружения можно изменить номинал резистора.

Функция измерения расстояния обеспечивает проверку положения робота, рассчитанного другими способами. Долгое время измерение расстояния являлось прерогативой ультразвуковых систем из-за относительно небольшой стоимости по сравнению с лазерными телеметрическими датчиками. Ситуация изменилась после разработки технологичных телеметрических ИК-датчиков. Они обеспечивают достаточно точно измерение расстояний в пределах от 10 до 80 см при помощи инфракрасного излучения.

Для расчета расстояния или наличия объекта в поле зрения эти датчики используют триангуляцию совместно с сетью фотодиодов. Идея заключается в излучении коротких и мощных ИК-импульсов, которые отражаются объектом или теряются, если не попали в поле его зрения. В случае отражения на детектор поступает луч в точке, образующей треугольник с точкой излучения и обнаруженным объектом (рис. 2.7).

Угол отражения в треугольнике меняется в зависимости от расстояния до обнаруженного объекта. Точность датчика повышается линзой детектора. Фазочувствительный детектор положения определяет угол отражения и рассчитывает расстояние до объекта. Этот способ позволяет исключить влияние окружающего освещения, а также цвета обнаруженного объекта. Соответственно, возможно обнаружить черную стену при полном освещении помещения.