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 
特徴
- 連続光ボールセンサの回路とパルス光ボールセンサの回路を両方搭載している。
- パルス光センサは、RCJ規格に対応したPWM復調をしているので、外光の影響を受けにくく高感度であり、
ボールまでの距離に応じた電圧出力が得られる。
- 連続光センサは至近距離での飽和を防ぐリミッタ回路付き。
また、LPF付きなので、至近距離のパルス光ボールでも平均値の電圧出力が得られる。
- 電源は5Vを標準で設計しているが、3.3Vでも動作する。電源の最大定格は 5.25V
- 寸法: 57mm×27mm 高さ約12mm
外形
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
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。
- 40kHzのキャリア(搬送波)
- 1200Hzのサブキャリア(副搬送波)
- ボールまでの距離をわかるようにするための台形変調信号
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
◆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。
◆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。