Enkodéry

Enkodér z počítačové myši

Základním principem funkce enkodérů je měření přítomnosti či nepřítomnosti nějakého dobře detekovatelného materiálu na otáčejícím se kolečku. V případě tachometru pro jízdní kolo je to magnet, v případě kuličkové myši je to díra v kolečku atp.

Signál jednoduchého enkodéru

V robotické praxi se nejčastěji setkáváme s enkodéry optickými. V případě reflexních (odrazových) enkodérů jsou zdroj „světla” i jeho přijímač společně umístěny na jedné straně kolečka, na kterém jsou reflexní a matné plošky. Jejich střídání před přijímačem při otáčení kolečka na něm způsobuje změny napětí v důsledku změny množství detekovaného světla. Zprahováním napětí na přijímači (o oprahování jsme se zmiňovali v kapitole Co je to robot?) získáme obdélníkový signál (viz. kapitola Řízení serva — změna napětí v čase), kde každý obdélník odpovídá jedné reflexní či matné ploše. Při jejich rovnoměrném rozmístění po obvodu kolečka odpovídá jeden obdélník otočení vždy o shodný počet stupňů. Enkodérům generující takovýto pravidelný obdélníkový signál říkáme inkrementální. U transmisivních enkodérů jsou zdroj a přijímač umístěny na opačných stranách děravého kolečka. Reflexní plošky jsou zde suplovány dírami.

Signál dvojtého enkodéru

Pokud máme zaručeno, že vždy víme, na kterou stranu se kolečko otáčí, tak z výše uvedených informací poměrně snadno získáme ujetou vzdálenost. Zkalibrovat enkodéry můžeme například tak, že necháme robota kousek popojet, přesně změříme ujetou vzdálenost, spočítáme počet „obdélníků” naměřených během tohoto pohybu a změřenou vzdálenost vydělíme tímto počtem. Získáme tím „délku” jednoho „obdélníku” (často se tomuto údaji říká enkodérový tik).

V případě, že infomaci o směru otáčení nemáme, z výše popsaného enkodéru ji nezískáme. Pro zjištění směru otáčení potřebujeme na kolečku ještě jeden senzor, který je v ideálním případě namontován tak, že jeho signál je s původním signálem fázově posunut a to nejlépe o 90°.

Odrazivý optický enkodér

Fázový posuv znamená, že se nám hrany obdélníků jednotlivých signálu neslévají (signály jsou posunuty v čase). Posuv o 90° znamená, že hrana obdélníku jednoho signálu nastává uprostřed obdélníku signálu druhého (jak je vidět na obrázku).

Mimo výše popsaných inkrementálních enkodérů existují i tzv. absolutní. Zatím co inkrementální enkodéry pouze detekují změnu polohy o pevně daný minimální krok, absolutní enkodéry nám říkají přímo polohu v rámci 360 stupňů.

Absolutní enkodér

I absolutní enkodéry mohou být optické, ale pak je třeba informaci zakódovat a potřebujeme tolik snímačů, jaké rozlišení požadujeme. Snímače mohou mít buď každý vlastní dráhu (jako na obrázku), nebo mohou být všechny na kraji, kde je informace o poloze dána pomocí jednoznačného kódu. Pro osm poloh a tři senzory by to mohlo být např. 000 001 010 101 011 111 110 100 a na kolečku by bylo 00010111 (v případě tří senzorů a osmi poloh, ale pouze relativní informace bychom získali rozlišení 24 místo 8)

Další, běžnější variantou, je použití potenciometru. Poloha se pak jednoduše určí pomoci A/D převodníku. Toto řešení je například použito snad ve všech levných modelářškých servech.

Co se použití týče, jsou v mnoha případech enkodéry záměnné: máme-li absolutní enkodér tak z rozdílu dvou poloh zjistíme o kolik se pootočil. Opačným směrem to není už tak jednoduché, protože je třeba někde definovat nulu, od které budeme počítat. To lze i pomocí obyčejného tlačítka (limit switch) a dělala to tak většina starých jehličkových tiskáren. Jinou možností je speciální signál index, který je aktivován pouze v jedné poloze. Polohu si je třeba si pamatovat a po resetu jí znovu ověřit.

Po přečtení tohoto články byste měli mít tak zhruba představu o tom, co to jsou enkodéry, jaké informace poskytují, a jak je zpracovávat.

2013-07-11 (neznámý autor) Pro absolutní enkodér je vhodnější zvolit Grayův kód (než prostý binární kód, jak je uveden na obrázku). U Greyova kódu se sousední polohy liší vždy jen jedním bitem. U prosté binární posloupnost se sousední polohy zpravidla liší více až všemi bity (při přetočení se o jednu otáčku, tj. přes konec k začátku). To přináší problém spočívající v tom, že se kolečko s kódem může zastavit tak, že se pod snímači bude nalézat hranice mezi sousedními (binárně odlišenými) polohami. Malá změna polohy (třeba chvění) pak může způsobit změny hodnot víceméně náhodných bitů a tedy poskytnout zcela nesmyslné údaje. http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_code