Commutateurs de proximité
Note
Cette section couvre les dispositifs de détection de proximité. Pour un guide d’utilisation des détecteurs de proximité dans le logiciel, voir Entrées numériques - Partie logicielle.
L’une des tâches les plus courantes sur un robot consiste à détecter lorsqu’un objet (qu’il s’agisse d’un mécanisme, d’une pièce de jeu ou d’un élément de terrain) se trouve à une certaine distance d’un point connu du robot. Ce type de détection est accompli par un « commutateur de proximité ».
Fonctionnement du commutateur de proximité
Les commutateurs de proximité sont comme des interrupteurs - ils font fonctionner un circuit entre un état « ouvert » (dans lequel il n’y a pas de connectivité à travers le circuit) et un circuit « fermé » (dans lequel il y en a) . Ainsi, les détecteurs de proximité génèrent un signal numérique et, par conséquent, ils sont presque toujours connectés aux ports d” entrées numériques du roboRIO.
Les interrupteurs de proximité peuvent être soit « normalement ouverts ou NO », dans ces interrupteurs l’activation de l’interrupteur ferme le circuit, soit « normalement fermés ou NC », dans ce cas l’activation de l’interrupteur ouvre le circuit. Certains commutateurs offrent à la fois un circuit NO et NC relié au même interrupteur. Dans la pratique, la différence effective entre un interrupteur de type NO et un interrupteur de type NC est le comportement du système dans le cas où le câblage de l’interrupteur présence une défaillance, car une défaillance du câblage entraînera presque toujours un circuit ouvert. Les interrupteurs de type NC sont souvent « plus sûrs », en ce sens qu’une défaillance du câblage fait en sorte que le système se comporte comme si l’interrupteur était appuyé - puisque les interrupteurs sont souvent utilisés pour empêcher un mécanisme de s’endommager, ce qui atténue les risques de dommages au mécanisme en cas de défaillance du câblage.
Les entrées numériques sur le roboRIO ont des résistances pull-up qui feront monter l’entrée au niveau haut (ce qui correspond à la valeur 1) lorsque le commutateur est ouvert, mais lorsque le commutateur se ferme la valeur passe à 0 puisque l’entrée est maintenant connectée à la masse.
Types de commutateurs de proximité
Il existe plusieurs types de détecteurs de proximité qui sont couramment utilisés en FRC®:
Interrupteurs de proximité mécaniques («interrupteurs de fin de course»)
Les interrupteurs de proximité mécaniques (plus communément appelés « interrupteurs de fin de course ») sont probablement l’interrupteur de proximité le plus couramment utilisé en FRC, en raison de leur simplicité, leur facilité d’utilisation et de leur faible coût. Un interrupteur de fin de course est tout simplement un interrupteur attaché à un bras mécanique, généralement aux limites de la course du bras. Monté sur le bras, l’interrupteur de fin de course est activé lorsqu’il touche un objet présent sur le trajet du bras.
Les interrupteurs de fin de course varient en taille, en géométrie (relativement au bras de commutation) et au déplacement requis pour activer l’interrupteur. Bien que les interrupteurs de fin de course soient assez bon marché, leur implémentation mécanique dans un robot est parfois moins fiable que les alternatives sans contact. Cependant, ils sont extrêmement polyvalents, car ils peuvent être déclenchés par tout objet physique capable de déplacer le bras de commutation.
Voir cet article pour écrire le logiciel pour les interrupteurs de fin de course.
Interrupteurs de proximité magnétiques
Les interrupteurs de proximité magnétiques sont activés lorsqu’un aimant se trouve dans une certaine plage du capteur. En conséquence, ce sont des commutateurs « sans contact » - ils ne nécessitent pas de contact avec l’objet détecté.
Il existe deux principaux types d’interrupteurs de proximité magnétique - les interrupteurs Reed et les capteurs à effet Hall. Dans un interrupteur Reed, un champ magnétique crée une paire de contacts métalliques flexibles (les « reeds ») qui, en se touchant, ferment un circuit électrique. Un capteur à effet Hall, quant à lui, détecte la tension induite transversalement à travers un conducteur parcouru par un courant électrique. De ces deux types d’interrupteurs, les capteurs à effet Hall sont généralement les moins chers et les plus fiables. Sur la photo ci-dessus vous pouvez voir un capteur à effet Hall produit par West Coast Products.
Les détecteurs de proximité magnétiques peuvent être « unipolaires », « bipolaires » ou « omnipolaires ». Un interrupteur unipolaire s’active et se désactive en fonction de la présence d’un pôle donné de l’aimant (soit le Nord ou le Sud, selon le détecteur). Un interrupteur bipolaire s’active à partir de la proximité d’un pôle et se désactive lorsque le pôle opposé est présenté. Un interrupteur omnipolaire s’activera en présence de l’un ou l’autre des pôles et se désactivera en l’absence d’aimant.
Bien que les détecteurs de proximité magnétiques soient souvent plus fiables que leurs homologues mécaniques, ils nécessitent que l’utilisateur monte un aimant sur l’objet à détecter - ils sont donc principalement utilisés pour détecter le positionnement d’un mécanisme intégré au robot.
Interrupteurs de proximité inductifs
Les interrupteurs de proximité inductifs sont activés lorsqu’un matériau conducteur se trouve dans une certaine plage du capteur. Tout comme les interrupteurs magnétiques de proximité, ce sont des détecteurs «sans contact».
Les interrupteurs de proximité inductifs sont utilisés à de nombreuses fins identiques aux interrupteurs de proximité magnétiques. Leur nature plus générale (s’activant en présence de tout conducteur, plutôt que d’un simple aimant) peut être un avantage, ou un inconvéniant, selon la nature de l’application.
Interrupteurs de proximité photoélectriques
Photoelectric proximity switches are another type of no-contact proximity switch in widespread use in FRC. Photoelectric proximity switches contain a light source (usually an IR laser) and a photoelectric sensor that activates the switch when the detected light (which bounces off of the sensor target) exceeds a given threshold. One such sensor is the IR Obstacle Avoidance Module pictured above.
Étant donné que les interrupteurs de proximité photoélectriques mesurent la quantité de lumière réfléchie, leur plage de déclenchement est souvent incohérente entre différents matériaux - en conséquence, la plupart des interrupteurs photoélectriques ont un point d’activation réglable (généralement déterminé en tournant une vis quelque part sur le corps du capteur). D’autre part, les interrupteurs photoélectriques sont également extrêmement polyvalents, car ils peuvent détecter une plus grande variété d’objets que les autres types de commutateurs sans contact.
Photoelectric sensors are also often used in a « beam break » configuration, in which the emitter is separate from the sensor. These typically activate when an object is interposed between the emitter and the sensor. Pictured below is a beam break sensor with an IR LED transmitter and IR receiver.
Interrupteurs de proximité à temps de vol
Les commutateurs de proximité à temps de vol sont de conception plus récentes, et on les retrouve moins dans FRC. Ils utilisent une source de lumière concentrée, comme un mini-laser, et mesurent le temps entre l’émission de lumière et le moment où le récepteur la détecte. En utilisant la vitesse de la lumière comme référence, ils peuvent ainsi calculer la distance parcourue et effectuer une mesure de distance très précise pour une très petite zone cible. La portée de ce type de capteur peut varier considérablement, entre 30 mm et environ 1000 mm pour le capteur VL53L0X illustré ci-dessus. Il existe également des versions à plus longue portée. Vous trouverez plus d’informations sur les capteurs de temps de vol dans cet article et plus sur les circuits dans cet article.