استخدام مستشعر القصور الذاتي مع VEX V5

وصف

المستشعر بالقصور الذاتي عبارة عن مزيج من مقياس تسارع ثلاثي المحاور (X وY وZ) وجيروسكوب ثلاثي المحاور. سيكتشف مقياس التسارع تغيرًا في الحركة (التسارع) في أي اتجاه ويحتفظ الجيروسكوب إلكترونيًا بالموضع المرجعي حتى يتمكن من قياس التغير الدوراني للموضع في أي اتجاه مقابل هذا المرجع.

إن الجمع بين هذين الجهازين في جهاز استشعار واحد يسمح بالتنقل الفعال والدقيق، وكذلك التحكم في أي تغيير في حركة الروبوت. يمكن أن يساعد اكتشاف التغير في الحركة في تقليل فرصة سقوط الروبوت أثناء القيادة أو أثناء تسلقه فوق أحد العوائق.

يحتوي غلاف هذا المستشعر على فتحة تثبيت واحدة تسمح بتركيبه بسهولة على هيكل الروبوت. بالإضافة إلى ذلك، هناك مسافة بادئة صغيرة أمام فتحة التثبيت والتي تشير إلى النقطة المرجعية للمستشعر. يوجد في الجزء السفلي من الهيكل رأس دائري بحجم يمكن إدخاله في فتحة مربعة لقطعة من المعدن الهيكلي. سيؤدي ذلك إلى إبقاء المستشعر ثابتًا في نقطة التعلق الخاصة به. يوجد في الجزء الخلفي من غلاف المستشعر منفذ V5 Smart.

نقطة مرجعية المستشعر	نتوء دائري في الجزء السفلي من الغلاف

يوجد رسم تخطيطي على الغلاف بجوار فتحة التثبيت يشير إلى اتجاه محور مستشعر القصور الذاتي.

لكي يعمل المستشعر بالقصور الذاتي مع V5 Brain، يجب توصيل المنفذ الذكي V5 للمستشعر والمنفذ الذكي V5 Brain بكابل V5 الذكي. سيعمل المستشعر بالقصور الذاتي مع أي من المنافذ الذكية الـ 21 الموجودة في الدماغ. عند توصيل كابل V5 Smart بالمنافذ، تأكد من إدخال موصل الكابل بالكامل في المنفذ وأن لسان قفل الموصل مثبت بالكامل.

مستشعر القصور الذاتي V5	منفذ ذكي لمستشعر القصور الذاتي	منفذ V5 Brain الذكي

كيف يعمل مستشعر القصور الذاتي

ينتج كل من جزء مقياس التسارع وجزء الجيروسكوب في هذا المستشعر إشارة ذكية إلى دماغ V5.

مقياس التسارع: يقيس مقياس التسارع مدى سرعة تغيير المستشعر لحركته (تسارعه) على طول المحور X والمحور Y و/أو المحور Z. يتم تحديد هذه المحاور من خلال اتجاه جهاز الاستشعار بالقصور الذاتي. على سبيل المثال، يمكن أن يكون لأحد الاتجاهات محور X للروبوت كحركته للأمام والخلف، ومحور Y كحركته من جانب إلى آخر، ومحور Z كحركته لأعلى ولأسفل (مثل رفع الروبوت نفسه للأعلى) الحقل على عمود التعليق).

يقيس مقياس التسارع تغيرًا في الحركة عندما تكتشف إلكترونياته الداخلية تغيرًا في القصور الذاتي مما يؤدي إلى حدوث تغيير في قراءته. كلما كان التغير في الحركة أسرع كلما تغيرت القراءة. ملحوظة: قد تكون هذه قيمة موجبة أكبر أو قيمة سالبة أكبر اعتمادًا على اتجاه الحركة على طول المحور.

يتم قياس التسارع بوحدة g (وحدة تسارع الجاذبية). يصل الحد الأقصى للقياس لجزء مقياس التسارع في مستشعر القصور الذاتي إلى 4 جرام. وهذا أكثر من كافٍ لقياس معظم سلوكيات الروبوت والتحكم فيها.

الجيروسكوب: يقوم الجيروسكوب، بدلاً من قياس الحركة الخطية على طول المحور 3، بقياس الحركة الدورانية حول المحور 3. يقيس المستشعر هذا الدوران عندما تقوم الإلكترونيات الداخلية بإنشاء نقطة مرجعية ثابتة. عندما يدور المستشعر بعيدًا عن هذه النقطة المرجعية فإنه يغير إشارة الخرج.

يستغرق الجيروسكوب فترة زمنية قصيرة لإنشاء النقطة المرجعية (المعايرة). يُطلق على هذا عادةً اسم وقت التهيئة أو بدء التشغيل. (ملاحظة: يوصى باستخدام ثانيتين لوقت المعايرة أو بدء معايرة المستشعر ضمن جزء التشغيل التلقائي المسبق لقالب المنافسة. عند استخدام المستشعر ضمن وظائف مجموعة نقل الحركة VEXcode V5/VEXcode Pro V5، يتم تضمين المعايرة داخل الوظيفة.)

يحتوي الجيروسكوب الإلكتروني أيضًا على الحد الأقصى لمعدل الدوران. أي أنه إذا كان الجسم الذي يقيسه المستشعر يدور بشكل أسرع من قدرة الجيروسكوب على قياس دورانه، فسيقوم المستشعر بإرجاع قراءات غير صحيحة. الحد الأقصى لمعدل الدوران لجهاز الاستشعار بالقصور الذاتي يصل إلى 1000 درجة/ثانية. ومرة أخرى، يعد هذا أكثر من كافٍ لقياس ومراقبة جميع سلوكيات الروبوت باستثناء السلوكيات المتطرفة.

المحور المسمى على جهاز الاستشعار بالقصور الذاتي	3 محاور	3 محور الدوران

يجب إقران المستشعر بالقصور الذاتي مع لغة برمجة مثل V5أو VEXcode Pro V5 لإنشاء برنامج مستخدم لـ V5 Brain لاستخدام قراءات المستشعر للتحكم في سلوك الروبوت.

يمكن استخدام V5 Brain بالتنسيق مع برنامج المستخدم لتحويل قراءات مستشعر القصور الذاتي إلى العديد من القياسات بما في ذلك: الاتجاه، ومقدار الدوران، ومعدل الدوران، والاتجاه، ومقدار التسارع.

وضع مستشعر القصور الذاتي

يعد وضع المستشعر بالقصور الذاتي أمرًا مهمًا للغاية للحصول على قراءات دقيقة. كما ذكرنا سابقًا، من الضروري محاذاة مستشعر القصور الذاتي على طول المحور الذي سيشهد فيه الروبوت تغيرًا في الحركة. تحدد هذه المحاذاة كيفية إنتاج المستشعر للقياسات بالإشارة إلى الاتجاه المكاني للروبوت. تسمح هذه القياسات لبرنامج المستخدم بتغيير سلوك الروبوت.

قد تكون هناك حالة معزولة حيث يتم وضع مستشعر القصور الذاتي على المكون الخارجي للروبوت، ولكن بالنسبة لمعظم التطبيقات، سيتم وضع المستشعر على هيكل مجموعة نقل الحركة.

يقوم مستشعر القصور الذاتي دائمًا بضبط اتجاهه عندما يقوم بالمعايرة بحيث يكون قياس الدوران هو نفسه. يسمح ذلك بوضع المستشعر في أي من أوضاع التثبيت الستة الممكنة.

ستة أوضاع تركيب محتملة لجهاز الاستشعار بالقصور الذاتي

قراءة قيم مستشعر القصور الذاتي: من المفيد استخدام شاشة معلومات الجهاز الموجودة على V5 Brain لرؤية القيم التي يعيدها مستشعر القصور الذاتي. يمكن القيام بذلك باستخدام المستشعر المتصل بالدماغ عن طريق:

حرك مستشعر القصور الذاتي للأمام والخلف، ومن جانب إلى آخر، لأعلى ولأسفل، وقم بتدويره في اتجاهات مختلفة. سيؤدي هذا إلى تغيير القيم التي تظهر على الشاشة وتدوير المكعب ثلاثي الأبعاد.

الاستخدامات الشائعة لجهاز الاستشعار بالقصور الذاتي:

يمكن لجهاز الاستشعار بالقصور الذاتي إنتاج العديد من القياسات التي يمكن استخدامها لتغيير سلوك الروبوت. بعض هذه تشمل:

العنوان: عند استخدام المستشعر بالقصور الذاتي لتحريك الروبوت إلى عنوان ما، فإنه سينتقل إلى عنوان ثابت بالإشارة إلى النقطة التي تم تحديدها عند معايرة المستشعر. بمعنى آخر، إذا تم ضبط الروبوت على اتجاه 90^o من موضع البداية، فلا يهم ما إذا كان الروبوت لديه اتجاه حالي قدره 45^o أو اتجاه 120^o، فسوف يتحول للوصول إلى عنوان 90^o.

مقدار الدوران: على عكس قيمة العنوان، فإن مقدار الدوران يجعل الروبوت يدور بمقدار معين من اتجاهه الحالي. في هذه الحالة، إذا تحول الروبوت إلى 90^o ثم تحول إلى 90^o مرة أخرى، فسيكون عند 180^o إلى موضع البداية.

معدل الدوران: معدل الدوران هو مدى سرعة دوران الروبوت. سواء كان الروبوت يتجه نحو اتجاه ما أو يدور بمقدار معين، فإن السرعة التي تدور بها عجلات القيادة ستحدد مدى سرعة دوران الروبوت. بعض الوحدات المستخدمة لقياس ذلك هي الدرجات في الثانية (dps) والثورات في الدقيقة (rpm).

التسارع: كما ذكرنا سابقًا، يمكن لجهاز الاستشعار بالقصور الذاتي قياس التسارع، ومدى سرعة تغيير الروبوت لحركته على طول المحور. ومن المثير للاهتمام، أنه بينما يكون الروبوت ثابتًا، فإن تسارعه من جانب إلى آخر وتسارعه الأمامي والخلفي سيكون 0 جرام، لكن تسارع الروبوت لأعلى ولأسفل سيكون 1 جرام لأن جاذبية الأرض تؤثر على الروبوت بقوة 1 جرام.

البندول: أحد الأنشطة المثيرة للاهتمام في الفصل الدراسي هو تركيب مستشعر القصور الذاتي على قطعة طويلة من المعدن الهيكلي ثم ربط الطرف الآخر ببرج ثابت بعمود أو برغي كتف حتى يتمكن من التأرجح للأسفل مثل البندول. بعد ذلك، قم بتوصيل كابل ذكي طويل بين نظام الدماغ/التحكم V5 والمستشعر. قم ببرمجة V5 Brain لطباعة قيم تسارع المستشعر على شاشة اللمس الملونة الخاصة بالدماغ. اطلب من الطلاب استكشاف كيف يؤدي تأرجح مستشعر القصور الذاتي في نهاية البندول إلى تغيير قيم المستشعر.

روبوت تعثر

Tumble Robot: هناك نشاط ممتع آخر في الفصل الدراسي وهو جعل الطلاب يقومون بتجميع الروبوت Tumble Robot. تم تصميم Tumble Robot ليكون قادرًا على القيادة رأسًا على عقب وكذلك الجانب الأيمن لأعلى. اطلب من الطلاب كتابة برنامج مستخدم باستخدام مستشعر القصور الذاتي للتنقل في المسار. ثم اطلب منهم التحقيق في كيفية تغير سلوك الروبوت عندما يتحرك رأسًا على عقب.

استخدامات مستشعر القصور الذاتي في الروبوتات المنافسة:

سيوفر مستشعر القصور الذاتي ميزة تنافسية كبيرة للروبوتات المنافسة. بعض هذه الاستخدامات تشمل:

التنقل: بالإضافة إلى ضبط العناوين أو مقدار الدوران الذي يجب على الروبوت الدوران فيه، يمكن استخدام قراءات مستشعر القصور الذاتي لبرمجة الروبوت بحيث يتحرك في خط مستقيم على طول عنوان معين. يعد هذا مفيدًا بشكل خاص أثناء الجزء المستقل من المباراة أو أثناء تشغيل مهارات البرمجة. وأيضًا، من خلال استخدام بعض الرياضيات عالية المستوى، من الممكن استخدام قيم التسارع لكتابة دالة يمكنها تحديد التغير في موضع الروبوت.

الاستقرار: ربما يكون أحد أكثر الأشياء المحبطة هو رؤية الروبوت الخاص بك ممتدًا على أرض الملعب بعد أن ينقلب. يمكن استخدام المستشعر بالقصور الذاتي أثناء كل من الفترات التي يتحكم فيها المشغل والفترات المستقلة لاكتشاف ما إذا كان الروبوت قد بدأ في الانقلاب ومن ثم يمكن لبرنامج المستخدم أن يجعل الروبوت يتخذ إجراء التصحيح التلقائي. يمكن أن يحدث هذا أثناء قيادة الروبوت بشكل كامل أو أثناء محاولة الروبوت تسلق أحد العوائق.

بغض النظر عن التطبيق الذي يستخدم فيه مستشعر VEX Inertial، فلا شك أنه سيكون إضافة مرحب بها للفرق. وظيفة قيم المستشعر مفتوحة لخيال المستخدم.

يتوفر مستشعر القصور الذاتي على موقع VEX.