2020-10-13 09:55:35 [显示全部楼层]
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[选型&资源] 机器人大赛传感器系统及其选型(循迹、颜色、测距)

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机 器 人 大赛传感器系统及其选型(循迹、颜色、测距)

这次传感器选型主要介绍循迹/灰度传感器、颜色传感器及各种测距传感器。

循迹/灰度传感器

循迹/灰度传感器(以下简称灰度)是通过检测场地灰度,进而识别场地迹线进行循迹的传感器。这是一种主动型传感器,一个探头发射红外光或可见光,另一个探头进行接收,通过探头接收到的光线强度来判断场地反射率,也即灰度。
循迹传感器有很多产品及类型,最常见也最便宜的是以下两种:
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这两种传感器均使用TCR T5000红外探头,特点是……便宜。具体到使用上,强烈不建议使用左边的传感器,因为它无法调节灵敏度,难以适应不同的安装高度和场地反射率。同时,由于一致性比较差,这款灰度的灵敏度有很大的个体差异,可能同一高度上,这个能准确分辨黑白线,那个就始终显示白色,无法实现多路探测。右边那款传感器工作起来性能尚可,灵敏度可调节,有模拟信号和数字信号两种输出模式,可以适应不同的场地条件,缺点是体积较大,分辨率和抗干扰能力不算特别强。

特别注意,任何不可调节灵敏度的灰度,都强烈不建议使用!!!

还有一些灰度传感器,使用了可见光探头,价格稍贵。工作时,作为TX的LED灯泡发出强烈的白光,使得它拥有较好的抗干扰能力和分辨率。这类产品较多,随便配一款的图片了:
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在精度、灵敏度和抗干扰能力上表现最强的,是漫反射激光循迹传感器。基本原理都是一样的,但它采用了激光头作为TX。缺点是体积大并且价格昂贵,使用不是很多。
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在正式竞赛中,建议使用可调的可见光灰度传感器。一般作多路使用,以求较好的循迹效果。一般而言,各个探头间的距离越短,循迹精度越好。

另外,市面上还有多路循迹传感器出售。此处建议使用可见光灰度传感器,并且各个探头的灵敏度可以单独调节的型号,比如下图这款。切记,采用TCR T5000探头的多路循迹传感器一般是无法使用的,除非各个探头有单独的灵敏度调节功能。
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最后,给大家讲一下循迹传感器的安装原则。首先,用于直线循迹的探头一定要尽量远离机器人的旋转中心,这样可以让车身的歪斜在传感器处的表现更灵敏;另外,相邻两个探头之间的距离最好不要超过地面迹线的宽度;对于偶数数目的循迹传感器,可以通过调整中间两个探头的距离使得中央部分的循迹更精确。例如我自己用的某型自身宽度为10mm的循迹传感器,采用四路对20mm宽的迹线进行循线。中间相邻两个探头距离15mm,其余为10mm,对20mm迹线进行循线时,会在偏离中心2.5mm时就产生偏差信号,以使稳态循线更加精确。

顺带一提我自己使用的灰度。我自己使用的是DFRobot出品的“智能灰度传感器”,价格30rmb,优点是体积小(宽度10mm),并且可以半自动地调节灵敏度。缺点是价格昂贵,灵敏度调节范围稍小。s
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颜色传感器

颜色传感器也是一种主动传感器,通过对近距离(2cm以内)的物体发射白色光线,分别接收检测反射光中的R、G、B色光光强来判断物体颜色的。在此推荐使用两款颜色传感器,均是我本人使用过的型号。分别是左边的GY-31/TCS3200颜色传感器和右边的GY-33颜色传感器
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这两种传感器使用起来没有太大的区别,主要在于安装尺寸以及通讯信号。GY-31是一种廉价的传感器,尺寸较大,通过若干引脚的高低电平来选择色光模式,反馈出根据光强变化的脉冲信号,需要单片机进行信号处理;而GY-33成本较高,通过串口进行通讯,体积小、集成度高,可以自动控制传感器进行信号采集,既可以传出原始信号也可以直接给出颜色判断。

不建议使用任何没有遮光罩的颜色传感器。

测距传感器

测距传感器的类型多种多样,原理主要包括三角测距法和时间测距法。

最常见的是超声测距传感器,采用时间测距法,谁用谁知道有多坑,不建议使用。

另外一种可以可靠运行的就是采用三角测距的“红外测距传感器”,基本全部由夏普公司出品,模拟信号输出,有多种规格,使用方便,在武术擂台赛上的应用极其广泛。其基本原理是发射一束红外激光,然后一个红外摄像头对其进行追踪,根据光点在摄像头视野中的位置判断距离,所以这是一种点测距(红外激光光点)式测距传感器。淘宝有授权的代理店铺“SHARP夏普店”进行全系列销售。
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采用时间测距法的传感器一般叫作“飞行时间测距传感器”或“激光测距传感器模块”,一般采用IIC总线进行通讯,也有多种规格,但并没有专卖店,需要自己去寻找合适的型号。大部分为面测距(激光扇面大约25°)。(夏普也有这类产品,不过产品线较窄,也比较昂贵,SHARP夏普店有售)

作者:南京航空航天大学,周子阳
本文未获得作者授权,不得转载
2019/7/6


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