Interruptores de proximidad: hardware

Nota

Esta sección cubre el hardware del interruptor de proximidad. Para obtener una guía sobre el uso de interruptores de proximidad en software, consulte Entradas digitales - Software.

Una de las tareas de detección más comunes en un robot es detectar cuando un objeto (ya sea un mecanismo, una pieza de juego o un elemento de campo) se encuentra a una cierta distancia de un punto conocido del robot. Este tipo de detección se logra mediante un «interruptor de proximidad».

Operación del interruptor de proximidad

Los interruptores de proximidad son interruptores: operan un circuito entre un estado «abierto» (en el que no hay conectividad a través del circuito) y uno «cerrado» (en el que hay). Por lo tanto, los interruptores de proximidad generan una señal digital y, en consecuencia, casi siempre están conectados a los puertos digital input del roboRIO.

Los interruptores de proximidad pueden ser ya sea «abiertos normalmente», en el que al activar el interruptor se cierra el circuito, o «cerrados normalmente», en el que al activar el interruptor se abre el circuito. Algunos interruptores ofrecen ambos los AB y los CN circuito conectado al mismo interruptor. En la práctica, la diferencia efectiva entre un AB y los CN interruptor es el comportamiento del sistema en caso en que el cableado del interruptor falle, ya que un fallo en el cableado casi siempre provocará un circuito abierto. Los interruptores AB suelen ser «más seguros», ya que un fallo en el cableado hace que el sistema se comporte como si el interruptor estuviera presionado - como los interruptores se utilizan a menudo para evitar que un mecanismo se dañe a sí mismo, esto mitiga la posibilidad de que se dañe el mecanismo en el caso de un fallo de cableado.

Las entradas digitales en el roboRIO tienen resistencias pull-up que harán que la entrada sea alta (valor 1) cuando el interruptor está abierto, pero cuando el interruptor se cierra, el valor pasa a 0 ya que la entrada ahora está conectada a tierra.

Tipos de interruptores de proximidad

Hay varios tipos de interruptores de proximidad que se utilizan comúnmente en FRC®:

Interruptor de Proximidad Mecánica («Interruptor de Límite»)

A normally open limit switch connected to a channel of the roboRIO DIO.

Los interruptores mecánicos de proximidad (más comúnmente conocidos como «limit switches») son probablemente los interruptores de proximidad más utilizados en FRC, debido a su simplicidad, facilidad de uso y su bajo costo. Un limit switch es simplemente un interruptor unido a un brazo mecánico, normalmente en los límites del recorrido. El interruptor es activado cuando un objeto empuja contra el brazo mecánico, accionando el interruptor.

Los interruptores de límite varían en tamaño, la geometría de del interruptor-brazo, y en la cantidad de “fuerza” requerida para activar el interruptor. Mientras los interruptores de límite son más baratos, la actuación mecánica es por lo regular menos confiable que las alternativas sin contacto. Sin embargo, también son extremadamente versátiles, tanto que pueden ser activadas por cualquier objeto físico capaz de mover el brazo del interruptor.

Vea este artículo para escribir el software para los interruptores de límite.

Interruptor de Proximidad Magnética

A magnetic proximity switch hooked up to a DIO channel of the roboRIO.

Los interruptores de proximidad magnética son activados cuando un imán se acerca a un cierto rango del sensor. En resultado, son interruptores de no contacto - no requieren contacto con el objeto detectado.

There are two major types of magnetic proximity switches - reed switches and hall-effect sensors. In a reed switch, the magnetic field causes a pair of flexible metal contacts (the «reeds») to touch each other, closing the circuit. A hall-effect sensor, on the other hand, detects the induced voltage transversely across a current-carrying conductor. Hall-effect sensors are generally the cheaper and more-reliable of the two. Pictured above is the Hall effect sensor from West Coast Products.

Los interruptores de proximidad magnética podrían ser unipolar,» «bipolar,» or «omnipolar.» Un interruptor unipolar se activa y desactiva dependiendo de la presencia del polo magnético otorgado (ya sea norte o sur, dependiendo del interruptor). Un interruptor bipolar se activa desde la proximidad de un solo polo y se desactiva con la proximidad del polo opuesto. Un interruptor omnipolar se activará con la presencia de cualquier polo y se desactiva cuando la presencia del imán desaparece.

Mientras los interruptores de proximidad magnética son más confiables que sus contra partes mecánicas, requieren al usuario para montar un imán en el objeto para ser detectado - así son principalmente usados para detectar la ubicación de un mecanismo.

Interruptores de Proximidad Inductiva

Example industrial inductive proximity switch.

Los interruptores de proximidad inductiva son activados cuando un conductor de cualquier tipo es dentro de un cierto rango del sensor. Como los interruptores de proximidad magnética, son interruptores de no contacto.

Los interruptores de proximidad inductiva son usados por algunos de los mismos propósitos que los switches de proximidad magnética. Su naturaleza más general (activándose en la presencia de cualquier conductor, en vez que solo un imán) puede ser una ayuda o un obstáculo, dependiendo de la naturaleza de la aplicación.

Interruptores de Proximidad Fotoeléctrica

Connecting a photoelectric proximity switch to a DIO port.

Los interruptor de proximidad fotoeléctrica son otro tipo de switch de proximidad de no contacto de uso extendido en FRC. Los interruptores de proximidad fotoeléctrica contienen una fuente de luz (normalmente un láser IR) y un sensor fotoeléctrico que activa el switch cuando la luz detectada (el cual rebota del sensor de objetivo) excede el límite dado. Uno de esos sensores es el IR Obstacle Avoidance Module mostrado abajo.

Ya que los interruptores de proximidad fotoeléctrica dependen de medida la cantidad de luz reflejada, a menudo son inconsistentes en sus rangos de activación entre diferentes materiales - en consecuencia, la mayoría de sensores fotoeléctricos tienen un punto de activación ajustable (normalmente controlado por el giro de un tornillo en algún lugar del sensor del cuerpo). En la otra mano, los sensores fotoeléctricos son también extremadamente versátiles, ya que pueden detectar una gran variedad de objetos que los otros tipos de interruptores de no contacto.

Los sensores fotoeléctricos también son a menudo usados en una configuración «beam break», en donde el emisor es separado del sensor. Estos normalmente se activan cuando un objeto es interpuesto entre el emisor y el sensor. La fotografía mostrada arriba es un sensor beam break con un transmisor IR LED y un recibidor IR.

Connecting a beam break receiver and transmitter each to one DIO channel on the roboRIO.

Interruptores de Proximidad de Tiempo de Vuelo

VL53L0X time of flight sensor hooked up to the I2C port.

Los interruptores de proximidad de tiempo de vuelo son nuevos en el mercado y no son comúnmente encontrados en FRC. Usa un a fuente concentrada de luz, como un pequeño láser, y mide el tiempo entre la emisión de luz y cuando el receptor la detecta. Usando la velocidad de la luz puede producir una distancia muy precisa para una pequeña área objetivo. El rango de estos sensores ronda entre los 30mm y cerca de los 1000mm para el ` sensor VL53L0X <https://www.adafruit.com/product/3317>` mostrado anteriormente. Igualmente contiene una versión de rango largo. Mas información sobre los sensores de tiempo de vuelo se puede encontrar en este artículo y mas información sobre el circuito es puede encontrar en este artículo.