リニアアクチュエータでの近接スイッチの使用

近接スイッチ

近接スイッチ、またはセンサーは、近くにある物体の存在を検出できる非接触スイッチです。これらのセンサーを使用して、物体がセンサーの前にあるとき、または物体が持ち去られたときに、リニアアクチュエータに移動または停止するように指示できます。それらはまた、それらに最も近い物体がどれだけ離れているかを決定するために使用することができ、リニアアクチュエータを制御するためのフィードバックを提供するために使用することができます。一般に、SUVのタッチレスハンドドライヤーやハンズフリーパワードテールゲートなど、ハンズフリーまたはタッチレスデバイスで使用される近接センサーが表示されますが、さまざまな産業用アプリケーションでも使用されます。で使用するため リニアアクチュエータ、近接センサーは、タッチレス制御や物体検出フィードバックなど、さまざまな状況で使用できます。

近接センサーは通常、電磁界、光、または音のいずれかを使用して物体の存在を検出します[1]。リニアアクチュエータが物体の存在を検出する方法は、近接センサーのタイプによって異なります。近接センサーには、次の4つの一般的なタイプがあります。

  • 帰納的:磁場を使用して鉄の材料を検出します
  • 容量性:静電容量の変化を使用してオブジェクトを検出します 
  • 光電:光を使用して、オブジェクトが存在するかどうかを検出します
  • 超音波:音を使用してオブジェクトが存在するかどうかを検出します 

タイプの選択は、アプリケーションと検出する材料によって異なります[1]。また、検出範囲、応答時間、スイッチング周波数、動作温度、出力信号など、適切な近接センサーを選択する際に考慮する必要のある他の仕様も多数あります。適切な近接センサーを選択するには、アプリケーションのニーズ、センサーのタイプ、上記の仕様を検討し、センサーのデータシートで追加情報を確認する必要があります。

静電容量式近接センサー

近接センサーとモーションディテクターの違いは何ですか?

近接センサーは、動きではなく物体の近接を検出するため、動き検出器ではありません。 モーションディテクタ、その名前が示すように、物体や人の近さではなく、動きを感じます。機能的には、近接センサーは、オブジェクトが移動しているかどうかに関係なく、オブジェクトがセンサーにどれだけ近いかを通知できます。モーションディテクタは、オブジェクトがどれだけ近くにあるかに関係なく、動きがある場合にのみトリガーされます。

動き検出器

タッチレスコントロール

タッチレス制御では、単純な押しボタンのように近接センサーを利用します。これを行うには、誤ってスイッチをトリガーしないように、検出範囲が短い近接センサーと、手や足など、検出しようとしているものを検出するセンサーを選択する必要があります。これに適したオプションは、検出範囲が短く、広範囲の材料を検出できる静電容量型近接センサーですが、超音波および一部の光電近接センサーも、検出範囲が短い限り機能します[1]。近接センサーをマイクロコントローラーに接続する必要があります。 Arduino、センサーの出力を読み取ります。近接センサーをマイクロコントローラーに接続する方法は、センサーの選択によって異なりますが、ほとんどの場合、マイクロコントローラーはデジタル変換されたアナログ値を受信するか、アナログ信号をデジタル値に変換する必要があります。

このアプリケーションでは、近接センサーは1つの押しボタンのようにのみ機能し、リニアアクチュエーターの制御を制限します。マイクロコントローラーを利用して、センサーがトリガーされたときに伸長と収縮を切り替えるコードを記述できます。また、リニアアクチュエーターの内部リミットスイッチを利用して、アクチュエーターが完全に伸長または収縮した位置に達したときにアクチュエーターを停止します。また、内部フィードバックまたは外部リミットスイッチを利用して、完全に伸縮するのではなく、他の位置を利用できるようにすることもできますが、それでも2つの位置に制限されます。マイクロコントローラーのファームウェアでこれを行うには、近接センサーがトリガーされるたびにフラグ変数を切り替える必要があります。以下のコードサンプルは、フラグsensorFlagを使用してArduinoIDEコードのメインループを示しています。 リニアアクチュエータを駆動する、によって駆動されます モータードライバー.

このフラグを切り替えるには、近接センサーの値を読み取る必要があります。センサーがいつトリガーされるかわからないため、コードのメインループでセンサーを常に読み取る必要があるか、内部タイマー割り込みを使用してセンサーを定期的に読み取ることができます。後者は、特にマイクロコントローラーを使用して並列タスクを実行する場合にベストプラクティスと見なされます。これにより、センサーが常に正確な期間にわたって読み取られるようになります。以下のコードサンプルは、Arduinoを使用して、毎秒トリガーされる内部タイマー割り込みを設定する方法を示しています。 Arduinoの場合、これは外部割り込みよりも少し複雑であり、いくつかのことを行う必要があるかもしれません 追加の読書 アプリケーションの割り込みを設定する方法を学びます。

上記のコードのSINGAL関数は、タイマー割り込みの割り込みサービスルーチンであり、割り込みがトリガーされるたびに実行され、近接センサーからの値を1秒ごとに更新します。センサーから読み取られた値がしきい値よりも小さい場合、センサーが「押された」と見なし、sensorFlagを切り替えます。センサーをテストしてこのしきい値を事前に決定し、「押された」と見なす出力値を決定する必要があります。センサーが「押されている」間、sensorFlagの切り替えを1回だけに制限するために、センサー値がしきい値より小さくなくなるまでリセットされない別のフラグがあります。

障害物の検出

近接センサーを使用して、それらの前にある最も近い物体がどれだけ近いかを測定することもできます。これは、下のビデオのように、アクチュエータの前にある障害物を検出し、アクチュエータが物体に近づきすぎた場合にアクチュエータを停止するためにフィードバックをコントローラに送り返すリニアアクチュエータを使用するアプリケーションで特に役立ちます。同様の方法で近接センサーを使用するには、検出範囲が広く、さまざまな種類の材料を検出できる近接センサーを選択する必要があります。超音波センサーは、広い検出フィールドを持つことができるため、これに適していますが、センサーの死角に注意する必要があります。

このアプリケーションの近接センサーの設定は、タッチレスコントロールに非常に似ています。マイクロコントローラを使用してセンサーの出力を読み取る必要があり、定期的にセンサーから値を読み取るために、内部タイマー割り込みを利用したいと思うでしょう。しかし、センサーはアクチュエータの前に配置され、その前の障害物を検出します。センサーからの出力は、センサーの前にある最も近い物体の距離に関連するため、最小安全距離に基づいてしきい値を決定できます。このしきい値は、選択されたセンサーによって異なります。以下のコードサンプルでは、割り込みサービスルーチンである SIGNAL 関数がミリ秒ごとに事前に形成され、センサーの出力を測定して、しきい値と比較します。測定値がしきい値より小さい場合、フラグ sensorFlag は 1 に設定され、主ループで線形アクチュエータを停止するために使用されます。測定値がしきい値より小さい場合、メジャー値がしきい値より大きく、フラグが 0 にリセットされるまで、アクチュエータをこれ以上拡張することはできません。sensorFlag が 1 に設定されている間も、このコードはリニア アクチュエータを引き込むことを許可します。

参照

[1] キニー、T.A. (2001年、9月) 近接センサ比較:誘導性、容量性、光電、超音波 取得元: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic

センサー画像のソース: Digikey.com  

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