1、Einführung
Ultraschall-Entfernungsmessungist eine berührungslose Erkennungstechnik, die Ultraschallwellen verwendet, die von der Schallquelle ausgesendet werden. Die Ultraschallwelle wird zur Schallquelle zurückreflektiert, wenn das Hindernis erkannt wird, und die Entfernung des Hindernisses wird basierend auf der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Geschwindigkeit berechnet Geräusch in der Luft. Aufgrund seiner guten Ultraschall-Richtwirkung wird es nicht durch das Licht und die Farbe des Messobjekts beeinflusst und wird daher häufig zur Hindernisvermeidung durch Roboter eingesetzt. Der Sensor kann die statischen oder dynamischen Hindernisse auf der Laufstrecke des Roboters erkennen und die Entfernungs- und Richtungsinformationen der Hindernisse in Echtzeit melden. Der Roboter kann entsprechend den Informationen die nächste Aktion korrekt ausführen.
Mit der rasanten Entwicklung der Roboteranwendungstechnologie sind Roboter in unterschiedlichen Anwendungsbereichen auf den Markt gekommen und es werden neue Anforderungen an Sensoren gestellt. Wie man sich an die Anwendung von Robotern in verschiedenen Bereichen anpassen kann, ist für jeden Sensoringenieur ein Problem, über das man nachdenken und es erforschen muss.
In diesem Artikel wird anhand der Anwendung von Ultraschallsensoren in Robotern die Verwendung von Hindernisvermeidungssensoren besser verstanden.
2、Einführung in den Sensor
A21, A22 und R01 sind Sensoren, die auf der Grundlage automatischer Robotersteuerungsanwendungen entwickelt wurden und eine Reihe von Vorteilen bieten: kleiner Blindbereich, starke Messanpassungsfähigkeit, kurze Reaktionszeit, Filterfilterstörung, hohe Installationsanpassungsfähigkeit, Staub- und Wasserdichtigkeit, lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit ,usw. Sie können Sensoren mit unterschiedlichen Parametern an verschiedene Roboter anpassen.
Produktbilder A21, A22, R01
Funktionszusammenfassung:
• Breite Spannungsversorgung, Arbeitsspannung 3,3–24 V;
•Der blinde Bereich kann mindestens 2,5 cm betragen.
•Der weiteste Bereich kann eingestellt werden, ein insgesamt 5-stufiger Bereich von 50 cm bis 500 cm kann durch Anweisungen eingestellt werden;
• Es stehen verschiedene Ausgabemodi zur Verfügung: UART automatisch/gesteuert, PWM-gesteuert, Lautstärke umschalten, TTL-Pegel (3,3 V), RS485, IIC usw. (UART-gesteuerter und PWM-gesteuerter Stromverbrauch können einen extrem niedrigen Ruhestromverbrauch von ≤ 5 uA unterstützen)；
•Die Standard-Baudrate beträgt 115.200, unterstützt Modifikation;
• Reaktionszeit auf MS-Ebene, Datenausgabezeit kann bis zu 13 ms betragen;
•Einzel- und Doppelwinkel wählbar, insgesamt werden vier Winkelstufen für unterschiedliche Anwendungsszenarien unterstützt；
•Eingebaute Rauschunterdrückungsfunktion, die die Einstellung der 5-Stufen-Rauschunterdrückungsstufe unterstützen kann；
•Intelligente Technologie zur Verarbeitung akustischer Wellen, integrierter intelligenter Algorithmus zum Filtern von Interferenzschallwellen, kann die Interferenzschallwellen identifizieren und automatisch eine Filterung durchführen;
•Wasserdichtes Strukturdesign, Wasserdichtigkeitsgrad IP67;
•Starke Installationsanpassungsfähigkeit, Installationsmethode ist einfach, stabil und zuverlässig；
•Unterstützung für Remote-Firmware-Upgrade;
3、Produktparameter
(1)Grundlegende Parameter
(2)Erfassungsbereich
Der Ultraschall-Hindernisvermeidungssensor verfügt über eine Zwei-Winkel-Version der Wahl. Wenn das Produkt vertikal installiert ist, ist der horizontale Erkennungswinkel in der linken und rechten Richtung groß, wodurch der Erfassungsbereich der Hindernisvermeidung bei gleichzeitig kleinem Erkennungswinkel in der vertikalen Richtung erhöht werden kann Dadurch werden Fehlauslösungen durch Unebenheiten auf der Fahrbahn während der Fahrt vermieden.
Diagramm des Messbereichs
4、Technisches Schema des Ultraschall-Hindernisvermeidungssensors
(1)Diagramm der Hardwarestruktur
(2)Arbeitsablauf
a、Der Sensor wird von den Stromkreisen mit Strom versorgt.
b、Der Prozessor beginnt mit der Selbstprüfung, um sicherzustellen, dass jeder Schaltkreis normal funktioniert.
c、Der Prozessor führt eine Selbstprüfung durch, um festzustellen, ob in der Umgebung ein Ultraschall-Interferenzsignal gleicher Frequenz vorhanden ist, und filtert und verarbeitet dann die fremden Schallwellen rechtzeitig. Wenn dem Benutzer nicht der korrekte Entfernungswert angegeben werden kann, geben Sie die abnormalen Vorzeichendaten ein, um Fehler zu vermeiden, und springen Sie dann zu Prozess k.
d、Der Prozessor sendet Anweisungen an die Boost-Erregungsimpulsschaltung, um die Erregungsintensität je nach Winkel und Reichweite zu steuern.
e、Die Ultraschallsonde T sendet nach der Arbeit akustische Signale
f、Die Ultraschallsonde R empfängt nach der Arbeit akustische Signale
g、Das schwache akustische Signal wird von der Signalverstärkerschaltung verstärkt und an den Prozessor zurückgegeben.
h、Das verstärkte Signal wird nach der Formung an den Prozessor zurückgegeben, und der integrierte intelligente Algorithmus filtert die störende Schallwellentechnologie, wodurch das wahre Ziel effektiv herausgefiltert werden kann.
i、Temperaturerkennungsschaltung, die die Rückmeldung der externen Umgebungstemperatur an den Prozessor erkennt
j、Der Prozessor identifiziert die Rückkehrzeit des Echos und kompensiert die Temperatur in Kombination mit der äußeren Umgebung und berechnet den Entfernungswert (S = V *t/2).
k、Der Prozessor überträgt das berechnete Datensignal über die Verbindungsleitung an den Client und kehrt zu a zurück.
(3)Interferenzprozess
Ultraschall im Bereich der Robotik ist einer Vielzahl von Störquellen ausgesetzt, wie z. B. Netzteilrauschen, Abfall, Überspannung, Transienten usw. Strahlungsstörungen des internen Steuerkreises des Roboters und des Motors. Ultraschall arbeitet mit Luft als Medium. Wenn ein Roboter mit mehreren Ultraschallsensoren ausgestattet ist und mehrere Roboter gleichzeitig nebeneinander arbeiten, gibt es im gleichen Raum und zur gleichen Zeit viele nicht-native Ultraschallsignale, und die gegenseitige Beeinflussung zwischen Robotern ist sehr schwerwiegend.
Angesichts dieser Interferenzprobleme verfügt der Sensor über eine sehr flexible Anpassungstechnologie, die die Einstellung von Rauschunterdrückungsstufen auf 5 Ebenen unterstützt, den gleichen Frequenzinterferenzfilter einstellen kann, Reichweite und Winkel mithilfe des Echofilteralgorithmus einstellen kann eine starke Anti-Interferenz-Fähigkeit.
Nach dem DYP-Labor durch die folgende Testmethode: Verwenden Sie 4 Ultraschall-Hindernisvermeidungssensoren, um die Messung abzusichern, die Arbeitsumgebung mit mehreren Maschinen zu simulieren, die Daten aufzuzeichnen, die Datengenauigkeitsrate erreichte mehr als 98 %.
Diagramm des Anti-Interferenz-Technologietests
(4) Abstrahlwinkel einstellbar
Der Abstrahlwinkel des Software-Konfigurationssensors verfügt über 4 Stufen: 40, 45, 55, 65, um den Anwendungsanforderungen verschiedener Szenarien gerecht zu werden.
5、Technisches Schema des Ultraschall-Hindernisvermeidungssensors
Im Bereich der Roboter-Hindernisvermeidungsanwendung ist der Sensor das Auge des Roboters. Ob sich der Roboter flexibel und schnell bewegen kann, hängt weitgehend von den vom Sensor zurückgegebenen Messinformationen ab. Bei der gleichen Art von Ultraschall-Hindernisvermeidungssensoren handelt es sich um zuverlässige Hindernisvermeidungsprodukte mit geringen Kosten und geringer Geschwindigkeit. Die Produkte werden um den Roboter herum installiert, kommunizieren mit dem Roboterkontrollzentrum und starten verschiedene Entfernungssensoren zur Abstandserkennung entsprechend der Bewegungsrichtung des Roboters, schnelle Reaktion und bedarfsgerechte Erkennungsanforderungen. Gleichzeitig verfügt der Ultraschallsensor über einen großen FOV-Feldwinkel, um der Maschine zu helfen, mehr Messraum zu erhalten, um den erforderlichen Erkennungsbereich direkt davor abzudecken.
6、Höhepunkte der Anwendung von Ultraschallsensoren bei der Hindernisvermeidung von Robotern
• Das Sichtfeld des Ultraschall-Hindernisvermeidungsradars ähnelt der Tiefenkamera und kostet etwa 20 % der Tiefenkamera.
• Auflösung im gesamten Millimeterbereich, besser als bei der Tiefenkamera;
• Die Testergebnisse werden nicht durch die Farbe und Lichtintensität der äußeren Umgebung beeinflusst. Hindernisse aus transparentem Material wie Glas, transparenter Kunststoff usw. können stabil erkannt werden.；
• Frei von Staub, Schlamm, Nebel, Säure- und Alkali-Umgebungseinflüssen, hohe Zuverlässigkeit, sorgenfrei, geringer Wartungsaufwand;
• Kleine Größe, um dem externen und eingebetteten Design des Roboters gerecht zu werden, kann auf eine Vielzahl von Szenarien von Servicerobotern angewendet werden, um den unterschiedlichen Bedürfnissen der Kunden gerecht zu werden und die Kosten zu senken.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. August 2022