Commutateurs de proximité

Note

Cette section couvre l’usage des commutateurs de proximité comme capteurs d’entrée. Pour un guide logiciel sur les détecteurs de proximité, 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»)

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

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.

Consulter cet article pour la programmation des interrupteurs de fin de course.

Interrupteurs de proximité magnétiques

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

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

Example industrial inductive proximity switch.

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

Connecting a photoelectric proximity switch to a DIO port.

Les interrupteurs de proximité photoélectriques sont un autre type de commutateur de proximité sans contact largement utilisé en FRC. Ces derniers contiennent une source de lumière (généralement un laser infrarouge) et un capteur photoélectrique qui active l’interrupteur lorsque la lumière détectée (qui rebondit sur la cible du capteur) dépasse un seuil donné. L’un de ces capteurs est le Module IR d’évitement d’obstacles illustré ci-dessous.

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 le contrôleur 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.

Les interrupteurs photoélectriques sont également utilisés dans une configuration de « rupture de faisceau », dans laquelle l’émetteur est séparé du capteur. Ceux-ci s’activent généralement lorsqu’un objet est interposé entre l’émetteur et le capteur. Sur la photo ci-dessus est un capteur de rupture de faisceau avec un émetteur IR LED et un récepteur IR.

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

Interrupteurs de proximité à temps de vol

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

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 une version 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.