Sensori del robot Pathfinder

Sensori

ultimo aggiornamento 16 giugno 2006

Pathfinder è dotato di vari tipi di sensori:

Indice

Sensori ottici a raggi infrarossi a riflessione tipo CNY70
Sensori di contatto tipo meccanico
Fotodiodo
Sensori (emettitore-ricevitore) ad ultrasuoni
Sensore di raggi infrarossi TSOP

Questi sono forniti nel corso dell'opera allegati ai fascicoli.

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LABORATORIO PRATICO

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COSTRUZIONE DEL PATHFINDER

Fascicolo n°44	Fascicolo n°52	Fascicolo n°54	Fascicolo n°55	Fascicolo n°62


1 sensore ottico CNY70 1 tubetto termorestringente lungo 4,5 cm 1 cavetto lungo 15 cm con connettore volante femmina da 3 pin	2 Commutatore meccanico 1 Tubetto termorestringente	1 Cavetto 3 pin connettore Femmina 1 Sensore ottico a riflessione tipo cny70 1 Tubetto termorestringente	1 Cavetto 3 pin connettore Femmina 1 Sensore ottico a riflessione tipo cny70 1 Tubetto termorestringente	2 Connettore maschio 2 poli per c.s. 1 Fotodiodo per ricezione

Fascicolo n°64 Fascicolo n°65 Fascicolo n°66 Fascicolo n°76 Fascicolo n°78

1 Trasmettitore ultrasonico
1 Tubetto termorestringente
1 Cavetto 2 pin femmina

1 Ricevitore ultrasonico
1 Cavetto 2 pin femmina

1 Sensore ottico a riflessione tipo cny70
1 Tubetto termorestringente
1 Cavetto 3 pin connettore Femmina

1 sensore di infrarossi TSOP

1 Sensore ottico a riflessione tipo cny70
1 Tubetto termorestringente
1 Cavetto 3 pin connettore Femmina

	Sensore ottico a raggi infrarossi a riflessione Tipo CNY70
Si tratta di uno dei sensori più utilizzati in microrobotica, dato il suo basso costo, e le sue svariate applicazioni pratiche. Abitualmente è utilizzato se si si desidera che il robot mobile segua un percorso segnato da una linea sul pavimento. Funzionamento ed utilizzo All'interno della capsula di questo sensore è montato un diodo LED che emette raggi infrarossi, invisibili all'occhio umano. Il diodo è dotato di due terminali, l'anodo (A) ed il catodo (K). Sulla stessa superficie è ubicato un fototransistor che ha la proprietà di condurre corrente fra l'emettitore (E) e il collettore (C), proporzionale alla quantità di luce che incide sulla base. Dato che sia l'emettitore sia il ricevitore dei raggi sono disposti sulla stessa superficie, è necessario che davanti ad entrambi sia presente una superficie riflettente, per fare in modo che il fototransistor possa ricevere i raggi che genera il led. La superficie riflettente deve essere situata a pochi millimetri da quella su cui sono montati emettitore e ricevitore, per far si che i raggi riflessi abbiano sufficiente intensità.

Foto dei 4 sensore forniti nel corso dell'opera		Alla scheda controllo vengono collegati i sensori ottici tipo CNY70

Esempio schema applicativo del sensore

Dimensioni del sensore


Posizionamento di 2 sensori CNY70 sulle ruote laterali	Posizionamento di 1 sensori CNY70 sul motore di movimento eccentrico

Posizionamento di 2 sensori CNY70 sulla parte frontale per la funzione seguilinea

Sensori meccanici

Esempio schema applicativo del sensore

	Alla scheda bus vengono collegati i due sensori meccanici, il deviatore a levetta permette di scegliere tra l'utilizzo dei sensori meccanici e dei sensori sonar
Si tratta di un dispositivo di struttura meccanica, con funzionamento semplice ed economico, molto apprezzato e utilizzato in microrobotica, perchè permette di rilevare quando si produce un contatto fra la superficie del robot mobile e qualunque ostacolo. I sue contatti sono capaci di sopportare una tensione di 230 V alternati e 5A di corrente. Esso è dotate di 3 terminali: un contatto comune (C) permanentemente collegato al contatto di riposo (R), quando si chiude il contatto tramite la leva si mette in contatto il terminale (C) con il terminale (A) e si scollega il terminale (R).

Posizionamento dei 2 sensori meccanici sulla parte frontale del robot

Fotodiodo

Lo scopo dei fotodiodi è di rivelare la radiazione luminosa (visibile o infrarossa) che colpisce il corpo del diodo stesso.
La struttura interna di un fotodiodo è molto simile a quella dei diodi PIN: la zona intrinseca è progettata per reagire alla luce generando una coppia di portatori (un elettrone e una lacuna) che contribuiscono al passaggio di corrente attraverso il diodo.
Si usano in polarizzazione inversa: in questa condizione, la corrente che attraversa il diodo è dovuta (quasi) esclusivamente alla luce incidente, ed è proporzionale all'intensità luminosa

Esempio schema applicativo del sensore

In alto a sinistra è visibile il fotodiodo

Sensore ad ultrasuoni


Alla scheda sensori vengono collegati i sensori sonar mentre sulla scheda è presente un sensore di luce	Le due capsule

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEI SENSORI AD ULTRASUONI

I sensori ad ultrasuoni sono dispositivi che convertono l’energia elettrica in energia acustica (e viceversa) ad una frequenza superiore al limite di udibilità umano (20 KHz). Esistono sensori che funzionano a frequenze di 25KHz, 40KHz, 120KHz e 200KHz e molti altri valori, con differenti caratteristiche e prestazioni.

A seconda del principio di funzionamento si possono classificare i sensori in due categorie:- Elettrostatici- Piezoelettrici

ELETTROSTATICI
I sensori elettrostatici sono sostanzialmente dei condensatori, dove una delle due armature è rigida mentre l’altra è ottenuta attraverso una metallizzazione superficiale in oro di un disco di materiale plastico deformabile che costituisce anche il dielettrico. Applicando una tensione alla frequenza di risonanza meccanica del sensore si ottiene una deformazione del dielettrico e della parete metallizzata, che genera una vibrazione che si trasmette all’aria (Fig. 1). In ricezione l’onda ultrasonica deforma la lamina: se il sensore è elettricamente polarizzato si produce una emissione/assorbimento di cariche che può essere rilevato.
In relazione ai materiali con cui sono realizzati i dischi si hanno sensori instrument grade (per interni) o environmental grade (per esterni senza presenza di acqua).

(Fig. 1)

PIEZOELETTRICI
I sensori piezoelettrici sfruttano invece l’effetto piezoelettrico di alcuni materiali. Sulla superficie di un disco di materiale piezoelettrico vengono metallizzate due armature alle quali viene applicata una tensione. Il materiale sottoposto a questo campo elettrico si deforma (effetto piezoelettrico inverso) producendo delle vibrazioni che si trasmettono all’aria. (Fig. 2). In ricezione l’onda ultrasonica deforma il materiale piezoelettrico che produce cariche che possono essere rilevate. In relazione al modo di utilizzo si trovano due tipologie di sensori piezoelettrici:- Trasmettitori (T) – ricevitori (R)I sensori di questo tipo funzionano in coppia, un trasmettitore e un ricevitore, in modalità continua o attraverso dei burst di impulsi. - Funzionamento impulsivo (P)I sensori di tipo impulsivo funzionano da trasmettitore in un certo momento e successivamente da ricevitore dell’impulso ultrasonico emesso precedentemente.

(Fig. 2)