1,Giới thiệu
Phạm vi siêu âmlà kỹ thuật phát hiện không tiếp xúc sử dụng sóng siêu âm phát ra từ nguồn âm, sóng siêu âm phản xạ trở lại nguồn âm khi phát hiện chướng ngại vật và khoảng cách của chướng ngại vật được tính dựa trên tốc độ truyền của tốc độ của vật cản. âm thanh trong không khí. Do khả năng định hướng siêu âm tốt, nó không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng và màu sắc của vật thể đo nên được sử dụng rộng rãi trong việc tránh chướng ngại vật của robot. Cảm biến có thể cảm nhận các chướng ngại vật tĩnh hoặc động trên lộ trình đi bộ của robot và báo cáo thông tin về khoảng cách và hướng của chướng ngại vật trong thời gian thực. Robot có thể thực hiện chính xác hành động tiếp theo theo thông tin.
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ ứng dụng robot, robot trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau đã xuất hiện trên thị trường và các yêu cầu mới được đặt ra đối với cảm biến. Làm thế nào để thích ứng với ứng dụng của robot trong các lĩnh vực khác nhau là vấn đề mà mỗi kỹ sư cảm biến phải suy nghĩ và khám phá.
Trong bài báo này, thông qua việc ứng dụng cảm biến siêu âm vào robot, để hiểu rõ hơn về công dụng của cảm biến tránh chướng ngại vật.
2、Giới thiệu cảm biến
A21, A22 và R01 là các cảm biến được thiết kế dựa trên ứng dụng điều khiển robot tự động, với hàng loạt ưu điểm như vùng mù nhỏ, khả năng thích ứng đo lường mạnh, thời gian đáp ứng ngắn, nhiễu lọc bộ lọc, khả năng thích ứng lắp đặt cao, chống bụi và chống nước, tuổi thọ cao và độ tin cậy cao ,vân vân. Họ có thể điều chỉnh các cảm biến với các thông số khác nhau tùy theo các robot khác nhau.
Hình ảnh sản phẩm A21, A22, R01
Tóm tắt chức năng:
•Nguồn điện áp rộng, điện áp làm việc3,3～24V；
•khu vực mù có thể tối thiểu lên tới 2,5 cm;
•Có thể đặt phạm vi xa nhất, có thể đặt tổng phạm vi 5 cấp độ từ 50cm đến 500cm thông qua hướng dẫn;
• Có sẵn nhiều chế độ đầu ra, tự động / điều khiển UART, điều khiển bằng xung, chuyển đổi mức âm lượng TTL (3,3V), RS485, IIC, v.v. (Mức tiêu thụ năng lượng được điều khiển bằng UART và điều khiển bằng xung điện có thể hỗ trợ mức tiêu thụ năng lượng khi ngủ cực thấp 5uA)；
•Tốc độ truyền mặc định là 115.200, Hỗ trợ sửa đổi;
• Thời gian phản hồi ở cấp độ Ms, thời gian xuất dữ liệu có thể nhanh nhất lên tới 13ms;
•Có thể chọn góc đơn và góc đôi, hỗ trợ tổng cộng bốn cấp độ góc cho các tình huống ứng dụng khác nhau;
•Chức năng giảm tiếng ồn tích hợp có thể hỗ trợ cài đặt mức giảm tiếng ồn 5 cấp;
•Công nghệ xử lý sóng âm thông minh, thuật toán thông minh tích hợp để lọc sóng âm nhiễu, có thể xác định sóng âm nhiễu và tự động thực hiện lọc;
•Thiết kế cấu trúc chống thấm nước, cấp chống nước IP67；
•Khả năng thích ứng cài đặt mạnh mẽ, phương pháp cài đặt đơn giản, ổn định và đáng tin cậy;
•Hỗ trợ nâng cấp firmware từ xa;
3,Thông số sản phẩm
(1) Thông số cơ bản
(2)Phạm vi phát hiện
Cảm biến tránh chướng ngại vật siêu âm có phiên bản hai góc tùy chọn, Khi sản phẩm được lắp đặt theo chiều dọc, góc phát hiện hướng ngang trái và phải lớn, có thể tăng phạm vi phủ sóng tránh chướng ngại vật, góc phát hiện hướng dọc nhỏ, đồng thời thời gian, nó tránh được việc kích hoạt sai do mặt đường không bằng phẳng trong quá trình lái xe.
Sơ đồ phạm vi đo
4、Sơ đồ kỹ thuật cảm biến tránh chướng ngại vật siêu âm
(1)Sơ đồ cấu trúc phần cứng
(2)Quy trình làm việc
a、Cảm biến được cung cấp năng lượng bởi các mạch điện.
b, Bộ xử lý bắt đầu tự kiểm tra để đảm bảo mỗi mạch hoạt động bình thường.
c, Bộ xử lý tự kiểm tra để xác định xem có tín hiệu nhiễu siêu âm cùng tần số trong môi trường hay không, sau đó lọc và xử lý kịp thời các sóng âm thanh ngoài hành tinh. Khi không thể cung cấp giá trị khoảng cách chính xác cho người dùng, hãy cung cấp dữ liệu dấu hiệu bất thường để tránh lỗi, sau đó chuyển sang quy trình k.
d, Bộ xử lý gửi hướng dẫn đến mạch xung kích thích tăng cường để điều khiển cường độ kích thích theo góc và phạm vi.
e、Đầu dò siêu âm T truyền tín hiệu âm thanh sau khi làm việc
f、Đầu dò siêu âm R nhận tín hiệu âm thanh sau khi làm việc
g, Tín hiệu âm thanh yếu được khuếch đại bởi mạch khuếch đại tín hiệu và quay trở lại bộ xử lý.
h, Tín hiệu khuếch đại được trả về bộ xử lý sau khi định hình và thuật toán thông minh tích hợp lọc công nghệ sóng âm nhiễu, có thể sàng lọc mục tiêu thực sự một cách hiệu quả.
i, Mạch phát hiện nhiệt độ, phát hiện phản hồi nhiệt độ môi trường bên ngoài đến bộ xử lý
j、Bộ xử lý xác định thời gian quay trở lại của tiếng vang và bù nhiệt độ kết hợp với môi trường xung quanh bên ngoài, tính toán giá trị khoảng cách (S = V *t/2).
k、Bộ xử lý truyền tín hiệu dữ liệu đã tính toán đến máy khách thông qua đường kết nối và quay về a.
(3)Quá trình can thiệp
Siêu âm trong lĩnh vực robot, sẽ phải đối mặt với nhiều nguồn nhiễu khác nhau, chẳng hạn như tiếng ồn nguồn điện, sụt giảm, tăng vọt, nhất thời, v.v. Nhiễu bức xạ của mạch điều khiển bên trong robot và động cơ. Siêu âm hoạt động với không khí làm môi trường. Khi một robot được gắn nhiều cảm biến siêu âm và nhiều robot hoạt động liền kề cùng một lúc, sẽ có nhiều tín hiệu siêu âm không tự nhiên trong cùng một không gian và thời gian, và sự giao thoa lẫn nhau giữa các robot sẽ rất nghiêm trọng.
Trước những vấn đề nhiễu này, cảm biến tích hợp công nghệ thích ứng rất linh hoạt, có thể hỗ trợ cài đặt mức giảm nhiễu 5 cấp, có thể đặt cùng một bộ lọc nhiễu tần số, có thể đặt phạm vi và góc, sử dụng thuật toán bộ lọc tiếng vang, có khả năng chống nhiễu mạnh mẽ.
Sau phòng thí nghiệm DYP thông qua phương pháp kiểm tra sau: sử dụng 4 cảm biến tránh chướng ngại vật siêu âm để đo lường, mô phỏng môi trường làm việc nhiều máy, ghi lại dữ liệu, tỷ lệ chính xác của dữ liệu đạt hơn 98%.
Sơ đồ thử nghiệm công nghệ chống nhiễu
(4) Có thể điều chỉnh góc chùm tia
Góc chùm tia cảm biến cấu hình phần mềm có 4 cấp độ: 40,45,55,65, đáp ứng yêu cầu ứng dụng của các tình huống khác nhau.
5、Sơ đồ kỹ thuật cảm biến tránh chướng ngại vật siêu âm
Trong lĩnh vực ứng dụng robot tránh chướng ngại vật, cảm biến chính là con mắt của robot, việc robot có thể di chuyển linh hoạt và nhanh chóng hay không phụ thuộc phần lớn vào thông tin đo lường mà cảm biến trả về. Trong cùng loại cảm biến tránh chướng ngại vật siêu âm, đây là sản phẩm tránh chướng ngại vật đáng tin cậy với chi phí thấp và tốc độ thấp, các sản phẩm được lắp đặt xung quanh robot, liên lạc với trung tâm điều khiển robot, khởi động các cảm biến khác nhau để phát hiện khoảng cách theo hướng chuyển động của robot, đạt được yêu cầu phản hồi nhanh và phát hiện theo yêu cầu. Trong khi đó, cảm biến siêu âm có góc trường FOV lớn giúp máy có được nhiều không gian đo hơn để bao phủ khu vực phát hiện cần thiết ngay phía trước nó.
6,Điểm nổi bật của ứng dụng cảm biến siêu âm trong sơ đồ tránh chướng ngại vật của robot
• Radar tránh chướng ngại vật siêu âm FOV tương tự như camera đo chiều sâu, giá thành khoảng 20% camera đo chiều sâu;
• Độ phân giải chính xác đến từng milimet trên toàn phạm vi, tốt hơn camera độ sâu;
• Kết quả kiểm tra không bị ảnh hưởng bởi màu sắc và cường độ ánh sáng của môi trường bên ngoài, các vật cản trong suốt có thể được phát hiện ổn định, chẳng hạn như thủy tinh, nhựa trong suốt, v.v.；
• Không có bụi, bùn, sương mù, ảnh hưởng của môi trường axit và kiềm, độ tin cậy cao, tiết kiệm lo lắng, tỷ lệ bảo trì thấp;
• Kích thước nhỏ đáp ứng thiết kế bên ngoài và nhúng của robot, có thể áp dụng cho nhiều tình huống khác nhau của robot dịch vụ, đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng, giảm chi phí.
Thời gian đăng: 16-08-2022