位移角度傳感器原理及其在實(shí)際障礙中的應(yīng)用

　　角度傳感器用來檢測角度的。它的身體中有一個(gè)孔，可以配合樂高的軸。當(dāng)連結(jié)到RCX上時(shí)，軸每轉(zhuǎn)過1/16圈，角度傳感器就會計(jì)數(shù)一次。往一個(gè)方向轉(zhuǎn)動時(shí)，計(jì)數(shù)增加，轉(zhuǎn)動方向改變時(shí)，計(jì)數(shù)減少。計(jì)數(shù)與角度傳感器的初始位置有關(guān)。當(dāng)初始化角度傳感器時(shí)，它的計(jì)數(shù)值被設(shè)置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復(fù)位。

　　二、位移角度傳感器實(shí)例

　　如果把角度傳感器連接到馬達(dá)和輪子之間的任何一根傳動軸上，必須將正確的傳動比算入所讀的數(shù)據(jù)。舉一個(gè)有關(guān)計(jì)算的例子。在你的機(jī)器人身上，馬達(dá)以3:1的傳動比與主輪連接。角度傳感器直接連接在馬達(dá)上。所以它與主動輪的傳動比也是3:1。也就是說，角度傳感器轉(zhuǎn)三周，主動輪轉(zhuǎn)一周。角度傳感器每旋轉(zhuǎn)一周計(jì)16個(gè)單位，所以16*3=48個(gè)增量相當(dāng)于主動輪旋轉(zhuǎn)一周?，F(xiàn)在，我們需要知道齒輪的圓周來計(jì)算行進(jìn)距離。幸運(yùn)地是，每一個(gè)LEGO齒輪的輪胎上面都會標(biāo)有自身的直徑。我們選擇了體積最大的有軸的輪子，直徑是81.6CM（樂高使用的是公制單位），因此它的周長是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM?，F(xiàn)在已知量都有了：齒輪的運(yùn)行距離由48除角度所記錄的增量然后再乘以256。我們總結(jié)一下。稱R為角度傳感器的分辨率（每旋轉(zhuǎn)一周計(jì)數(shù)值），G是角度傳感器和齒輪之間的傳動比率。我們定義I為輪子旋轉(zhuǎn)一周角度傳感器的增量。即：

　　I=G×R

　　在例子中，G為3，對于樂高角度傳感器來說，R一直為16.因此，我們可以得到：

　　I=3×16=48

　　每旋轉(zhuǎn)一次，齒輪所經(jīng)過的距離正是它的周長C，應(yīng)用這個(gè)方程式，利用其直徑，你可以得出這個(gè)結(jié)論。

　　C=D×π

　　在我們的例子中：

　　C=81.6×3.14=256.22

　　最后一步是將傳感器所記錄的數(shù)據(jù)-S轉(zhuǎn)換成輪子運(yùn)動的距離-T，使用下面等式：

　　T=S×C/I

　　如果光電傳感器讀取的數(shù)值為296，你可以計(jì)算出相應(yīng)的距離：

　　T=296×256.22/48=1580 距離（T）的單位與輪子直徑單位是相同的。

　　三、角度位移傳感器實(shí)際上應(yīng)用

　　使用角度傳感器來控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡單：如果馬達(dá) 角度傳感器構(gòu)造運(yùn)轉(zhuǎn)，而齒輪不轉(zhuǎn)，說明你的機(jī)器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)使用起來非常簡單，而且非常有效;唯一要求就是運(yùn)動的輪子不能在地板上打滑（或者說打滑次數(shù)太多），否則你將無法檢測到障礙物。如果是一個(gè)空轉(zhuǎn)的齒輪連接到馬達(dá)上就可以避免這個(gè)問題，這個(gè)輪子不是由馬達(dá)驅(qū)動而是通過裝置的運(yùn)動帶動它：在驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)的過程中，如果惰輪停止了，說明你碰到障礙物了。

　　在許多情況下角度傳感器是非常有用的：控制手臂，頭部和其它可移動部位的位置。值的注意的是，當(dāng)運(yùn)行速度太慢或太快時(shí)，RCX在精確的檢測和計(jì)數(shù)方面會受到影響。事實(shí)上，問題并不是出在RCX身上，而是它的操作系統(tǒng)，如果速度超出了其指定范圍，RCX就會丟失一些數(shù)據(jù)。Steve Baker用實(shí)驗(yàn)證明過，轉(zhuǎn)速在每分鐘50到300轉(zhuǎn)之間是一個(gè)比較合適的范圍，在此之內(nèi)不會有數(shù)據(jù)丟失的問題。然而，在低于12rpm或超過1400rm的范圍內(nèi)，就會有部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)丟失的問題。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范圍內(nèi)時(shí)，RCX也偶會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題。

　　角度位移傳感器有靜態(tài)和動態(tài)之分，現(xiàn)在很多精密儀器都需要角度位移傳感器。隨著測控技術(shù)的發(fā)展，角度位移傳感器必將想高精度、微型化、智能化發(fā)展。

　　四、直線位移傳感器的工作原理及故障處理辦法

　　直線位移傳感器的工作原理是跟滑動變阻器一樣的，它作為分壓器使用的，它是以相對的輸出電壓來呈現(xiàn)出所測量位置的實(shí)際上的位置。對這個(gè)裝置的工作有下面幾點(diǎn)要求：

　　一、如果電子尺已經(jīng)使用很長時(shí)間了，而且密封已經(jīng)老化，同時(shí)夾雜著很多雜質(zhì)，而且水混合物和油會嚴(yán)重影響電刷的接觸電阻的，這樣會使顯示的數(shù)字不停地跳動。這個(gè)時(shí)候可以說直線位移傳感器的電子尺已經(jīng)損壞了，需要更換。

　　二、若電源的容量很小，就會出現(xiàn)很多情況的，所以，供電電源需要有充分的容量。那么，容量不足，就會造成如下的情況：熔膠的運(yùn)動會使合模電子尺的顯示變換，有波動，或者合模的運(yùn)動會使射膠電子尺的顯示波動，造成測量結(jié)果誤差很大。如果電磁閥的驅(qū)動電源于電子尺供電電源同時(shí)在一起的時(shí)候，更容易出現(xiàn)以上的情況，情況嚴(yán)重時(shí)用萬用表的電壓檔甚至可以測量到電壓的有關(guān)波動。如果情況不是因?yàn)楦哳l干擾、靜電干擾或者是中性不夠好的造成的，那么就有可能是電源的功率太小造成的。

　　三、調(diào)頻干擾和靜電干擾都有可能讓直線位移傳感器的電子尺的顯示數(shù)字跳動的。電子尺的信號線與設(shè)備的強(qiáng)電線路要分開線槽。電子尺必須要強(qiáng)制性地使用接地支架，而且同時(shí)讓電子尺的外殼跟地面良好地接觸。信號線需要使用屏蔽線，而且電箱的一段應(yīng)該跟屏蔽線接地的。如果有高頻干擾的時(shí)候，通常使用萬用表的電壓測量就會顯示正常，但是顯示數(shù)字就是會跳動不停的；而出現(xiàn)靜電干擾時(shí)，出現(xiàn)的情況也是跟高頻干擾一樣的。要證明看是否是靜電干擾時(shí)，可以先使用一段電源線把電子尺的封蓋螺絲跟機(jī)器上的某一些的金屬短接起來就可以了，只要一短接起來，靜電干擾就會馬上消除掉的。但是如果要消除掉高頻干擾就很難用上面的方法了，變頻節(jié)電器和機(jī)器手都經(jīng)常出現(xiàn)高頻干擾的，所以可以試一下用停止高頻節(jié)電器或者機(jī)械手的方法來驗(yàn)證是不是高頻干擾的。

　　四、如果直線位移傳感器的電子尺在工作的過程當(dāng)中，在某一點(diǎn)的顯示數(shù)據(jù)有規(guī)律地跳動，或者是沒有顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候，出現(xiàn)這種情況就需要檢查連接線絕緣是不是出現(xiàn)破損的現(xiàn)象，并且跟機(jī)器的外殼很有規(guī)律地接觸而導(dǎo)致的對地短路。

　　五、供電的電壓一定要穩(wěn)定，工業(yè)的電壓需要符合±0.1［%］的穩(wěn)定性，例如，基準(zhǔn)電壓是10V的話，就可以允許有±0.01V的波動變化，如果不是的話，就會引起顯示的圈套波動這樣的情況。但是如果這個(gè)時(shí)候的顯示波動的幅度沒有超過波動電壓的波動的幅度的話，那么電子尺就是正常的了。

　　六、安裝直線位移傳感器的對中性需要很好，但是平行度可以允許有±0.5mm的誤差，角度可以允許有±12°的誤差。但是如果平行度誤差和角度誤差都是偏大的話，這樣會出現(xiàn)顯示數(shù)字跳動的情況。那么出現(xiàn)這樣的情況的時(shí)候，必須要對平行度和角度進(jìn)行調(diào)整了。

　　七、在連接的過程當(dāng)中，一定要多加注意，電子尺的三條線是不可以接錯(cuò)的，電源線和輸出線是不可以調(diào)換的。如果上面的線接錯(cuò)的話，就會出現(xiàn)線性誤差很大的情況，要控制的話是很難的，控制的精度也會變得很差，而顯示很容易出現(xiàn)跳動的現(xiàn)象等等。