فاصله سنج ها در ربات

فاصله سنج چیست ؟

فاصله سنج ابزاری است برای سنجش و تعیین دقیق فاصله جسم بدون تماس با آن استفاده می شود.

اندازه گیری فاصله اغلب در صنعت صنعتی و به ویژه با حرفه های مربوط به ساخت و ساز، مانند معماری، نقشه برداری، نجاری، سنگ تراشی، قفل سازان و غیره استفاده می شود.

انواع فاصله سنج:

  • آلتراسونیک

  • لیزر

  • رادار

  • مادون قرمز

  • زمان پرواز

فاصله سنج التراسونیک:

این نوع از سنسور های فاصله سنج رنج گسترده ای دارند و ممکن است حتی در پشت ماشین ها نیز مورد استفاده باشند( برای تشخیص فاصله).این سنسور از طبیعت و برخی حیوانات مانند خفاش الهام گرفته شده است که برای یافتن شکار یا حرکت در تاریکی مطلق از این روش استفاده میکند.سنسور های آلتراسونیک فاصله را با ارسال یک موج صوتی در فرکانس خاص و گوش کردن به بازگشت همان موج صوتی بعد از برخورد به مانع  اندازه گیری میکنند.با محاسبه مدت زمان سپری شده بین موج صوتی تولیدی و موج صوتی بازگشتی این امکان فراهم میشود که فاصله بین سنسور سونار و اشیاء اطراف محاسبه شود.

سنسور التراسونیک

فاصله سنج لیزری:

فاصله سنج لیزری سنسوری است بسیار کارآمد و دقیق که به منظور اندازه گیری فاصله ، ترازیابی و تطابق بکار می رود.

با توجه به توانایی لیزر در تعیین موقعیت هدف با دقت بالا و سرعت بالا امروزه در ابزارهای مختلفی از جمله فاصله سنج های لیزری از این تکنولوژی استفاده شده است.فاصله سنج های لیزری و یا متر لیزری در صنایع مختلفی کاربرد دارد از جمله عملیات ساخت وساز، استفاده های نظامی(ضد موشک، برد و هدایت اسلحه)، زیر اقیانوس (عمق سنجی )، فرایند های تولید صنعتی (سامانه های مدیریت انبارو فرایند تولید در صنعت فولاد) می توان از مترهای لیزری و فاصله سنج های لیزری استفاده کرد.

امروزه استفاده از لیزر در اندازه گیری فاصله با صرف هزینه و وقت بسیار کمتر می توان به دقت بالایی دست یافت.

بدین ترتیب، تحولی در روش های نقشه برداری و کاربردهای نظامی، فرآیندهای صنعتی بوجود آمده است.

همچنین فاصله سنج های لیزری در وضعیت نامساعد جوی نیز به خوبی کار می کنند و انواع اشتباهات و خطاهای انسانی و دستگاهی در اندازه گیری با آنها حذف می شود.

مخصوصا با دستگاههایی که عمل ثبت قرائت نیز روی کرت یا حافظه جانبی ضبط شده و مستقیما به داخل کامپیوتر منتقل می شود، بسیاری از خطاهای انسانی انسانی حذف می گردد .

فاصله سنج لیزری با ارسال یک پالس لیزر به هدف و اصابت آن به هدف و بازگشت آن به دستگاه اندازه گیری مربوطه را انجام میدهد. زمان پرواز یا زمان رفت و برگشت این پالس برپایه این اصل که سرعت نور در زمین تقریبا مقدار ثابتی میباشد، مبنای اندازه گیری است. در درون دستگاه کامپیوتر کوچکی فاصله را بر مبنای زمان پرواز و سرعت نور محاسبه میکند. این روش محاسبه میتواند فاصله زمین تا ماه را با خطای چند سانتیمتر محاسبه کند.

اساس کار یک لیزر محدوده یاب LRF این گونه است که پرتوهای لیزر را در فواصل معلومی منتشر میکند. این پرتوها تا اشیای دور دست میروند و کلاک سرعت بالای لیزر زمان کلی رفت و برگشت را محاسبه میکند.

از آن جا که میدانیم پرتو با چه سرعتی حرکت میکند( سرعت نور ) این واحد میتواند به سادگی از اندازه گیری زمان برای محاسبه فاصله رفت و برگشت استفاده کند.

LRF ها سنسورهای جهت داری هستند به طوری که اگر آن هارا در پایین مولتی روتور قرار دهید میتوانید یک الگوریتم بسیار دقیق برای دنبال کردن زمین یا تخمین ارتفاع واقعی از زمین داشته باشید.

یک لیزر LiDAR ( شناسایی و ردیابی نور ) از چرخش یک LRF  به دست  می آید.

 

سنسور لیزر

فاصله سنج مادون قرمر :

حسگر مادون قرمز یک وسیله الکترونیکی است که برای حس کردن ویژگی های خاص محیط اطراف آن استفاده می شود. این کار را با انتشار یا تشخیص اشعه مادون قرمز انجام می دهد. سنسورهای مادون قرمز نیز قادر به اندازه گیری گرمای ناشی از یک شی و تشخیص حرکت هستند. سنسور های مادون قرمز محبوب و ارزان قیمت هستند و به طور گسترده ای در پروژه های رباتیکی ایندور indoor مورد استفاده قرار میگیرند. اساس کار آن ها ساده است:نور مادون قرمز که توسط یک ال ای دی منتشر میشود، به یک شیء برخورد کرده و به گیرنده بازمیگردد.گیرنده شدت نور مادون قرمز را اندازه گیری میکند که به وسیله آن میزان فاصله نزدیک ترین شیء تخمین زده میشود. سنسور های مادون قرمز دقیق نیستند و بهتر است برای پیاده سازی طرح هایی با هدف تنها تشخیص و دوری از مانع استفاده شوند.

سنسور مادون قرمز

روش های محاسبه فاصله :

در ساخت فاصله سنج های لیزری و کلا هر نوع فاصله سنجی سه روش عمده وجود دارد که در زیر یک به یک به آنها میپردازم:

  • یکی مبتنی بر میزان امواج بازگشتی از روی مانع (روش شدتی) است در این روش ما تنها کاری که میکنیم شدت نور لیزر برگشتی از مانع را حساب و سپس فاصله را از فاصله سنج که با شدت نور رابطه مستقیم دارد حساب می کنیم اما همانطور که میدانیم شدت نور برگشتی به عوامل زیادی از جمله میزان نور محیط (شب یا روز بودن) میزان گرد و غبار موجود در هوا و… بستگی دارد که ما باید این کمیت ها را در محاسباتمان لحاظ کنیم.

  • روش دیگر بر مبنای اندازه گیری زمان سیر نور از فرستنده به هدف و از هدف به فرستنده است. استفاده از این روش علیرغم مشکلات زیاد در ساخت مدارات مربوط به اندازه گیری زمان و … به لحاظ مقاومت بیشتر و وابسته نبودن آنچنانی در برابر تغییرات محیطی از روش اول مناسبتر است اما همانطور که میدانیم سرعت نور 299000 کیلومتر در ثانیه است و در ساخت این دستگاه به این روش بحث محدودیت در فرکانس کاری مدارات الکترونیکی و مدارات وابسته بر میکروکنترلر ها مطرح میشود. در صورتیکه این مشکل را نیز مرتفع کنیم مشکل نویز پذیری این مدارات مطرح میشود لذا در ساخت آن تدابیر شدیدی برای دفع نویز و در صورت نویزی شدن حذف نویز باید اندیشید

  • همانطور که میدانیم میزان فرکانس امواج در اثر حرکت در فضا تغییر میکند. از همین روش میتوان میزان فاصله را با محاسبه فرکانس امواج برگشتی از جسم تا فاصله سنج و مقایسه با میزان امواج ارسالی (البته در صورتیکه فرکانس امواج ارسالی متغییر باشد)میتوان با یک رابطه ساده از طریق ریاضی فاصله را محاسبه نمود و در صورتیکه میزان فرکانس امواج ارسالی ثابت باشد تنها با اندازه گیری فرکانس بازگشتی و قرار دادن این فرکانس در فرمول میزان فاصله را محاسبه میکنیم محاسبه فرمول ها هم که دیگر کاری ندارد .

منابع:

http://www.africanscholarpublications.com/wp-content/uploads/2021/01/AJPAS_Vol18_No9_Sept_2020-9.pdf

Navarro, D and Benet, G.”Line based robot localization using a rotary sonar”. IEEE Conf.Emerg. Tech. Factory Autom., 25-28, 896-899

Spasov, P.“Microcontroller Technology the 68HC11 and 68HC12 Upper Saddle River, PearsonPrentice Hall, Fifth Edition”,

 

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.