Глаза роботов: часть 1. Ультразвук

Разве не прекрасно, когда твой робот сам находит дорогу? Подарить зрение своему железному другу сегодня несложно. Плата с двумя серебряными цилиндрами, которые напоминают левый и правый глаз — ультразвуковой дальномер HC-SR04. Датчик является скорей «ртом и ухом», но человеческому восприятию не прикажешь. Инженеры любят этот датчик за его простоту и стоимость — всего 50 рублей в китайском онлайн-магазине.

Hackarobot
Как работает эта штука?

Левый цилиндр — передатчик, а правый — приёмник. Передатчик издаёт неслышимый человеку звук с частотой выше 20 килогерц, называемый ультразвуком. Наткнувшись на твёрдый объект, ультрозвуковая волна отражается и летит в обратную сторону, где её фиксирует приёмник — правый «глаз».

Умная микросхема самостоятельно проводит необходимые преобразования, в результате которых сообщает о расстоянии между “глазами” и объектом. Датчик измеряет время распространения сигнала, которое пропорционально дистанции до объекта. У этого датчика оно может быть от 116 микросекунд до 25 миллисекунд. Если это время разделить на 58, мы получим дистанцию в сантиметрах, а на 148 – в дюймах. Если же датчик выдает сигнал длительностью 38 миллисекунд, то он означает, что акустически контрастных объектов в поле зрения не обнаружено.

Датчик хорошо справляется с обнаружением небольших объектов на близких дистанциях (до 50 сантиметров). Если ваша задача — просто не дать роботу врезаться в стену, то узнать о приближении к ней робот сможет практически на расстоянии 4 — 5 метров.

Интересные проекты с HC-SR04

Проект «радара» (на самом деле это не радар, а сонар) от Dejan Nedelkovski  http://howtomechatronics.com/projects/arduino-radar-project/ 

На «Кикстартере» нашёл в архивах успешно завершённый проект Hexy — так называется шестиногий робот от Аrcbotics.

Горный лазутчик от ncoonrod14

Rock Crawler

Ссылка на проект http://robotshop.com/letsmakerobots/rock-crawler


Присылайте нам свои проекты с использованием HC-SR04 на therobot.ru@gmail.com – мы расскажем о них.


Нюансы

Ультразвуковой (УЗ) датчик может выдавать совсем не те значения, которые вы от него ждёте. Такое происходит из-за различных помех и ограничений его чувствительности. Например, если робот направит УЗ датчик на покрытую ковролином поверхность, то вполне возможно, что он не заметит её. Акустическая контрастность покрытий с длинным ворсом очень низкая. Значительная часть ультразвука будет поглощаться, и приёмник ничего не обнаружит.

Кстати, УЗ-детекторы часто используют для контроля уровня жидкостей в резервуарах, потому что звуковые волны отлично отражаются от поверхности жидкости. Чем меньше уровень, тем большее расстояние проходят ультразвуковые сигналы от верхнего края ёмкости. Так вот, если на поверхности жидкости сильное волнение (или она плещется в баке), то датчики могут врать. У роботов это часто возникает во время сотрясений – например, при передвижении по неровной поверхности.

Под катом таблица, в которой компания Pepperl+Fuchs показывает степень ослабления сигнала в зависимости от объекта и условий измерения для своей линейки ультразвуковых датчиков:

Я задался вопросом: для каких ещё задач используют УЗ-датчики? Вот что я обнаружил:
  • подсчёт объектов, проходящих мимо;
  • уровень жидкости / сыпучих материалов;
  • расход ленты в рулоне (чем меньше рулон в диаметре, тем дальше поверхность от датчика);
  • контроль провисания натянутых лент;
  • контроль смещения краев чего-либо;
  • контроль качества (если знаем, как отражает качественная поверхность и содержащая дефекты);
  • контроль сближения;
  • для любых других задач, где отражение или пропускание ультразвука может служить индикатором.

Подробнее о задачах можно прочитать тут http://snt.mega-sensor.ru/typical-problems-solved-ultrasonic-sensors.html

Характеристики

  • Напряжение питания: 5 В
  • Потребление в режиме тишины: 2 мА
  • Потребление при работе: 15 мА
  • Диапазон расстояний: 2 – 400 см
  • Эффективный угол наблюдения: 15°
  • Рабочий угол наблюдения: 30°

Обратите внимание на диаграмму направленности датчика. Она говорит нам, что объекты обнаруживаются не по прямой линии, а внутри «лепестка» — области распространения ультразвуковой волны. За этой областью волна теряет амплитуду колебаний и затухает.

Размеры и диаграмма направленности (взято с amperka.ru)
Диаграмма работы датчика

В следующей части я расскажу об инфракрасных детекторах. Они работают в невидимом для человека спектре света, и по праву могут называться «глазами» робота.

Загрузка ...
The Robot
Adblock
detector