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連続光+パルス光 ボールセンサ - WS01B

ロボカップジュニア・サッカーチャレンジのルールでパルス発光ボールが規定され 競技で採用されています。 このボールの特徴は、電池の持ちが良くなる。 対応するボールセンサと組み合わせると、外光の影響を受けにくくなる。と言われています。
和歌山ノードでは、パルスボールに対応するため、 アナログ入力を持ったロボットに使いやすいボールセンサを開発しました。

WS01B WS01B写真

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特徴

外形

WS01B外形図
取り付け穴は M3ねじに合います。
端子のピン配置はTJ3と同じです。電線を直接ハンダ付けするか、 取り付け場所に合う 2.5mmまたは2.54mmピッチのコネクタを付けてください。

回路

WS01B回路図
パルスボールが発する光は、次の信号の合成になっています。
赤外リモコン受光ICは、光を受けて 太陽光や照明光を取り除いたPWM(パルス幅変調)信号に変換します。
このPWM信号は、サブキャリアと変調信号からできています。
これをサブキャリアを取り除くローパスフィルタ(LPF)に通すと、変調信号が得られます。
LPFは、直流の変調信号を通し、高い周波数のサブキャリアを通さない回路です。

連続光センサはフォトトランジスタで光の強さを電流に変換します。 これを増幅して電圧信号にして出力します。可変抵抗で振幅を調整できます。
パルス光と同じLPF付きなので、至近距離にあるパルス光ボールでもパルスにならずに 平均値の電圧出力が得られます。

動作

WS01Bパルス光センサ応答 ◆グラフは代表的な特性をあらわしています。 ボールの角度や電池残量、周囲の状況、センサの個体差 などによって変わります

ボールまでの距離によるパルス光センサの反応をグラフにしたものです。 距離に応じた出力が得られています。
至近距離では飽和します。 これは、アンプの飽和ではなく、パルス発光はデジタル的な変調なので、 最も弱い光を受光する距離まで近づくと、それより近づいても変化しないことによるものです。
ボールが遠いときや隠れている時でも、キャリアを受信しているので、電圧が出ます。
利用する時は、ロボットに取り付けた状態で、離れた位置にあるボールを受光させてみて、 その電圧以下ではボールが見えていないと判断するようなプログラムにすると良いでしょう。

WS01B連続光応答 ◆グラフは代表的な特性をあらわしています。 ボールの角度や電池残量、周囲の状況、センサの個体差 などによって変わります。

連続光センサは連続光ボール用ですが、パルス光ボールでも至近距離では電圧が出ます。 ただし、パルスは発光している時間が短いので感度は低くなります。

実験

WS01BとOJ2
WS01Bをダイセン電子のOJ2に取り付けて、これで実験。

ボールセンサ WS01B をサッカーロボットに取り付けて、回り込みプログラムを実行させました。
センサには遮光するものは付けず裸の状態です。
回り込みプログラムは、ボールが見えていれば左へ、見えなければ右へ 曲がるという動作を無限に繰り返します。
この実験で、センサの光を感じる角度範囲(指向性)がわかります。

次に、円軌道でボールを捜して、ボールが見つかればその方向へ走るプログラムにしました。
ボールセンサ1個でボールに向って走るのは困難ですが ボールの方向へ少しずつ寄って行くことはできます。
最後にはゴールを決めました。

さらに、センサの受光素子にチューブを付けて指向性を持たせたり、モータの力を調整したりして、 シュートっぽい動きをするようになりました。