В предыдущей статье об ультразвуковых датчиках мы узнали, что ультразвук хорошо поглощается шерстяными поверхностями. Если на пути вашего железного робота-коня будет лениво лежать недоумевающий кот, то вполне вероятно коту придётся спасаться бегством. Рассказывают, что кто-то даже обклеивает своего боевого робота ватой, чтобы на соревнованиях соперники с ультразвуковыми сенсорами не могли найти хитрого врага.
У инфракрасных (ИК) датчиков нет зависимости от материала отражающей луч поверхности. Однако черная поверхность может поглотить большую часть излучения. Поэтому робот с таким датчиком будет определять наличие препятствий или контрастных линий визуально, почти как наши с вами глаза. Причем, в силу своей природы, ИК свет может распространяться в вакууме. Ультразвук, напротив, зависит от наличия среды (газ, жидкость или твердое тело). Теперь если задумаете создать луноход, вы знаете что нужно использовать.
Как работает?
Принцип действия ИК-датчика основан на испускании луча в инфракрасном диапазоне и его отражении от объектов. Также как и в ультразвуковом сенсоре, у ИК-датчика есть излучатель и приёмник, однако немного компактнее своего собрата. Причём существуют модели размером с 5 рублевую монету. Инфракрасный свет невидим человеческому глазу, поэтому робот сможет “видеть” даже в темноте.
Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским учёным В. Гершелем, который обнаружил, что в полученном с помощью призмы спектре Солнца за границей красного света (т. е. в невидимой части спектра) температура термометра повышается. В 19 в. было доказано, что ИК излучение подчиняется законам оптики и, следовательно, имеет ту же природу, что и видимый свет.
В 1923 советский физик А. А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с l ~ 80 мкм, т. е. соответствующие инфракрасному диапазону длин волн. Таким образом, экспериментально было доказано, что существует непрерывный переход от видимого излучения к ИК и радиоволновому и, следовательно, все они имеют электромагнитную природу.
Для измерения дистанции используется алгоритм триангуляции. Я не буду погружаться в теорию глубоко.
Основная идея триангуляции заключается в измерении угла отражения. Импульсы ИК излучения испускаются излучателем. Это излучение распространяется и отражается от объектов находящихся в поле зрения сенсора. Отраженное излучение возвращается на приемник. Испускаемый и отраженный лучи образуют треугольник, где вершины, это точки «излучатель — объект отражения — приемник».
Угол отражения напрямую зависит от расстояния до объекта. Полученные отраженные импульсы собираются высококачественной линзой и передаются на CCD-матрицу. По засветке определенного участка CCD-матрицы определяется угол отражения и высчитывается расстояние до объекта.
Вручную рассчитывать расстояние не придётся, эти алгоритмы вшиты в датчики.
Аналоговые ИК-датчики выдают пропорциональное расстоянию напряжение, измеряя которое, робот может рассчитать скорость сближения с препятствием. Цифровые ИК-датчики, могут только сообщить, что в пределах видимости находится препятствие. Чтобы ваш робот поворачивал направо каждый раз, когда находится в 10 сантиметрах от препятствия (стены или кота), то достаточно модели GP2Y0D810. Характеристики и сравнение разных моделей смотрите ниже.
На просторах интернета была найдена такая полезная сравнительная таблица датчиков Sharp:
Так как ИК-датчики чувствительны к цвету отражаемой поверхности (от чёрного отражается слабее, чем от белого), их используют в разработке движущихся по линии роботов. Нашёл в интернете датчик KY-033 – готовая платка для установки. Перемещаясь, робот корректирует свои движения поворотами, чтобы не сойти с линии. Тут главное не переборщить со скоростью, чтобы робот не выехал за пределы. Существует вид соревнований (Roborace), где ваш робот должен проехать по линии на скорость. На хабре есть интересная статья о сборке подобного робота.
Существует еще одна китайская модель цифрового датчика E18-D80NK в виде “фонарика”. У этой модели можно подкрутить расстояние, до которого датчик срабатывает. При обнаружении препятствия на “фокусном” расстоянии у датчика включается красный светодиод на обратной стороне.
Примеры использования
Цифровой датчик:
- альтернатива щелевому датчику или оптопаре
- бесконтактный бампер или определитель препятствий
- счётчик или таймер проходящих мимо объектов
Аналоговый датчик:
- тоже, что и цифровой
- измерение расстояния между датчиком и отражающим объектом
- обнаружение теплых объектов
Известные ограничения
Температура от -30 до +50 по Цельсию.
Относительная влажность, без образования конденсата (проценты) – 95
Интересные проекты
Проект Flight Deck от Edward Perks на его личном сайте http://edwardperks.com/projects/flightdeck.html
Это бесконтактный миди-контроллер с подсветкой. Используется музыкантом для аудио перформансов на вечеринках.
Подписывайтесь на нашу рассылку, добавляйте ссылки на ваши проекты с использованием ИК-датчиков в телеграм-чате @robotics_chat.
Статья не претендует на 100% достоверность. Если вы обнаружили какую-то ошибку в тексте или в фактах, пожалуйста, напишите об этом @MaximKosterin.
Источники:
Изображения взяты с: www.pololu.com, bse.sci-lib.com, baslerweb.com, roboforum.ru, voltiq.ru, mips.by, aliexpress, trossenrobotics.com, edwardperks.com.
Привет, это редакция канала the Robot. Если тебе понравилась эта статья или тематика нашего канала – нажми лайк и подпишись, чтобы не пропустить новые материалы.
Новости о роботах и ИИ теперь можно читать там, где тебе удобно, присоединяйся! Наш telegram канал : https://t.me/robotics_channel
Наш сайт: https://the-robot.ru/
E-mail расслыка лучших статей раз в неделю
