Použití inerciálního senzoru V5

Popis

Inerciální senzor VEX V5 je kombinací 3osého (X, Y a Z) akcelerometru a 3osého gyroskopu. Akcelerometr detekuje změnu pohybu (zrychlení) v jakémkoli směru a gyroskop elektronicky udržuje referenční polohu, takže může měřit rotační změnu polohy v jakémkoli směru vůči této referenci.

Kombinace těchto dvou zařízení v jednom senzoru umožňuje efektivní a přesnou navigaci a také kontrolu jakékoli změny v pohybu robota. Detekce změny pohybu může pomoci snížit pravděpodobnost, že robot spadne, když jede nebo když šplhá přes překážku.

Pouzdro tohoto senzoru má jeden montážní otvor, který umožňuje jeho snadnou montáž na konstrukci robota. Kromě toho je před montážním otvorem malá prohlubeň, která označuje referenční bod snímače. Na spodní straně pouzdra je kulatý výstupek, který je dimenzován pro vložení do čtvercového otvoru kusu konstrukčního kovu. To udrží snímač připevněný k jeho upevňovacímu bodu. Na zadní straně krytu senzoru je V5 Smart Port.

Referenční bod snímače	Kulatý výstupek na spodní straně pouzdra

Na krytu vedle montážního otvoru je nákres, který ukazuje orientaci osy pro inerciální senzor.

Aby inerciální senzor fungoval s V5 Brain, je třeba propojit V5 Smart Port senzoru a Smart Port V5 Brain pomocí V5 Smart Cable. Inerciální senzor bude fungovat s kterýmkoli z 21 inteligentních portů na mozku. Při připojování kabelu V5 Smart Cable k portům se ujistěte, že je konektor kabelu zcela zasunut do portu a zajišťovací jazýček konektoru je zcela zajištěn.

Vnitřní snímač V5	Smart Port inerciálního senzoru	V5 Brain Smart Port

Jak funguje inerciální senzor

Jak část akcelerometru, tak část gyroskopu tohoto senzoru produkují inteligentní zpětnou vazbu signálu do mozku V5.

Akcelerometr: Akcelerometr měří, jak rychle senzor mění svůj pohyb (zrychluje) podél osy X, osy Y a/nebo osy Z. Tyto osy jsou určeny orientací inerciálního senzoru. Například jedna orientace by mohla mít osu X robota jako pohyb vpřed a vzad, osu Y jako pohyb ze strany na stranu a osu Z jako pohyb nahoru a dolů (jako je například zvednutí robota nahoru pole na závěsné tyči).

Akcelerometr měří změnu pohybu, když jeho vnitřní elektronika zaznamená změnu setrvačnosti a tím dojde ke změně jeho čtení. Čím rychlejší je změna pohybu, tím více se mění čtení. Poznámka: Může to být větší kladná hodnota nebo větší záporná hodnota v závislosti na směru pohybu podél osy.

Zrychlení se měří v g (jednotka gravitačního zrychlení). Maximální limit měření pro část akcelerometru inerciálního senzoru je až 4 g. To je více než dostatečné pro měření a řízení většiny chování robotů.

Gyroskop: Gyroskop, spíše než měření lineárního pohybu podél 3 os, měří rotační pohyb kolem 3 osy. Snímač změří tuto rotaci, když vnitřní elektronika vytvoří pevný referenční bod. Jak se snímač otáčí směrem od tohoto referenčního bodu, mění výstupní signál.

Gyroskopu trvá krátkou dobu, než stanoví svůj referenční bod (kalibraci). To se běžně nazývá čas inicializace nebo spuštění. (Poznámka: Doporučuje se použít 2 sekundy pro dobu kalibrace nebo zahájit kalibraci senzoru v předautonové části soutěžní šablony. Při použití snímače v rámci funkcí hnacího ústrojí VEXcode V5/VEXcode Pro V5 je kalibrace součástí funkce.)

Elektronický gyroskop má také maximální rychlost otáčení. To znamená, že pokud se objekt, který senzor měří, otáčí rychleji, než gyroskop dokáže změřit jeho rotaci, senzor vrátí nesprávné údaje. Maximální rychlost otáčení inerciálního senzoru je až 1000 stupňů/s. Opět je to více než dostatečné pro měření a řízení všeho kromě extrémního chování robotů.

Osa označená na inerciálním senzoru	3 Osa	3 Rotační osa

Inerciální senzor musí být spárován s programovacím jazykem, jako je VEXcode V5nebo VEXcode Pro V5, aby se vytvořil uživatelský program pro V5 Brain, který využije naměřené hodnoty senzoru k řízení chování robota.

V5 Brain ve shodě s uživatelským programem lze použít k převodu hodnot inerciálního senzoru na mnoho měření, včetně: kurzu, míry rotace, rychlosti rotace, orientace a míry zrychlení.

Umístění inerciálního senzoru

Umístění inerciálního senzoru je velmi důležité pro jeho přesné měření. Jak již bylo zmíněno, je nezbytné vyrovnat inerciální senzor podél osy, ve které robot zaznamená změnu v pohybu. Toto zarovnání určuje, jak senzor vytváří měření s ohledem na prostorovou orientaci robota. Tato měření umožňují uživatelskému programu změnit chování robota.

Může nastat ojedinělý případ, kdy bude inerciální senzor umístěn na vnější součást robota, ale pro většinu aplikací bude senzor umístěn na podvozku hnacího ústrojí.

Inerciální senzor při kalibraci vždy upraví svou orientaci, takže měření rotace je stejné. To umožňuje umístění senzoru v kterékoli ze 6 možných montážních poloh.

Šest možných montážních poloh pro inerciální senzor

Čtení hodnot inerciálního senzoru: Je užitečné použít obrazovku Informace o zařízení na V5 Brain, abyste viděli hodnoty, které inerciální senzor vrací. To lze provést pomocí senzoru připojeného k mozku:

Pohybujte inerciálním senzorem dopředu a dozadu, ze strany na stranu, nahoru a dolů a otáčejte jím v různých směrech. To by mělo změnit hodnoty na obrazovce a otočit 3D kostku.

Běžná použití inerciálního senzoru:

Inerciální senzor může produkovat několik měření, která lze použít ke změně chování robota. Některé z nich zahrnují:

Kurz: Když je k pohybu robota k pohybu použit inerciální senzor, robot se přesune do pevného kurzu vzhledem k bodu, který byl stanoven při kalibraci senzoru. Jinými slovy, pokud je robot ze své výchozí pozice nastaven na kurz 90^o , nezáleží na tom, zda má robot aktuální kurz 45^o nebo kurz 120^o, otočí se dosáhnout kurzu 90^o.

Míra rotace: Na rozdíl od hodnoty směru, míra rotace znamená, že se robot otáčí o určitou hodnotu ze své aktuální orientace. V tomto případě, pokud se robot otočí o 90^o a poté se znovu otočí o 90^o , bude na 180^o do své výchozí pozice.

Rychlost rotace: Rychlost rotace udává, jak rychle se robot otáčí. Bez ohledu na to, zda se robot otáčí do směru nebo o určitou míru, rychlost otáčení hnacích kol určí, jak rychle se robot otáčí. Některé z jednotek používaných k měření jsou stupně za sekundu (dps) a otáčky za minutu (rpm).

Akcelerace: Jak již bylo zmíněno dříve, inerciální senzor může měřit zrychlení, jak rychle robot mění svůj pohyb podél osy. Zajímavé je, že když robot stojí, jeho zrychlení ze strany na stranu a přední a zadní zrychlení bude 0 g, ale zrychlení robota nahoru a dolů bude 1 g, protože zemská gravitace působí na robota silou 1 g.

Kyvadlo: Zajímavou aktivitou ve třídě je namontovat inerciální senzor na dlouhý kus konstrukčního kovu a poté připevnit druhý konec ke stacionární věži pomocí hřídele nebo ramenního šroubu, aby se mohl kývat dolů jako kyvadlo. Dále připojte dlouhý inteligentní kabel mezi V5 Brain/Control System a senzor. Naprogramujte V5 Brain tak, aby tiskl hodnoty zrychlení senzoru na barevnou dotykovou obrazovku Brain. Nechte studenty, aby prozkoumali, jak kývání senzoru setrvačnosti na konci kyvadla mění hodnoty senzoru.

Použití inerciálního senzoru na soutěžním robotu:

Inerciální senzor poskytne konkurenčním robotům velkou konkurenční výhodu. Některá z těchto použití zahrnují:

Navigace: Kromě nastavení kurzů nebo velikosti rotace, kterou má robot otočit, lze údaje inerciálního senzoru použít k naprogramování robota tak, aby se pohyboval v přímé linii podél daného kurzu. To je užitečné zejména během autonomní části zápasu nebo během běhu programovacích dovedností. Pomocí některých matematiky vyššího řádu je také možné použít hodnoty zrychlení k zápisu funkce, která může určit změnu polohy robota.

Stabilita: Snad jednou z nejvíce skličujících věcí je vidět svého robota roztaženého na hrací ploše poté, co se převrátil. Inerciální senzor lze použít během období řízených operátorem i autonomních období ke zjištění, zda se robot začíná překlápět, a poté může uživatelský program přimět robota provést automatickou nápravu. K tomu může dojít, když robot jede plně natažený nebo když se robot pokouší přelézt překážku.

Bez ohledu na to, pro jakou aplikaci se inerciální senzor VEX V5 používá, není pochyb o tom, že bude vítaným doplňkem pro týmy. Funkce hodnot senzoru je otevřená fantazii uživatele.

Inerciální senzor V5 je k dispozici na webu VEX.