Descripción
El sensor inercial es una combinación de un acelerómetro de 3 ejes (X, Y y Z) y un giroscopio de 3 ejes. El acelerómetro detectará un cambio de movimiento (aceleración) en cualquier dirección y el giroscopio mantiene electrónicamente una posición de referencia para que pueda medir un cambio rotacional de posición en cualquier dirección frente a esta referencia.
La combinación de estos dos dispositivos en un solo sensor permite una navegación eficaz y precisa, así como controlar cualquier cambio en el movimiento de un robot. La detección de un cambio en el movimiento puede ayudar a disminuir la posibilidad de que un robot se caiga cuando está conduciendo o mientras está escalando un obstáculo.
La carcasa de este sensor tiene un único orificio de montaje que permite montarlo fácilmente en la estructura del robot. Además, hay una pequeña muesca delante del orificio de montaje que marca el punto de referencia del sensor. En la parte inferior de la carcasa, hay un saliente redondo que está dimensionado para insertarse en un orificio cuadrado de una pieza de metal estructural. Esto mantendrá el sensor fijo en su punto de fijación. En la parte posterior de la carcasa del sensor hay un puerto inteligente V5.
| Punto de referencia del sensor | Boca redonda en la parte inferior de la carcasa |
|---|---|
Hay un diagrama en la carcasa junto al orificio de montaje que indica la orientación del eje para el sensor inercial.
Para que el sensor Inercial funcione con el Cerebro V5, el Puerto Inteligente V5 del sensor y el Puerto Inteligente de un Cerebro V5 deben estar conectados con un Cable Inteligente V5. El sensor inercial funcionará con cualquiera de los 21 puertos inteligentes del cerebro. Cuando conecte un cable inteligente V5 a los puertos, asegúrese de que el conector del cable esté completamente insertado en el puerto y que la lengüeta de bloqueo del conector esté completamente acoplada.
| Sensor inercial V5 | Puerto inteligente del sensor inercial | Puerto inteligente cerebral V5 |
|---|---|---|
Cómo funciona el sensor inercial
Tanto la parte del acelerómetro como la parte del giroscopio de este sensor producen una retroalimentación de señal inteligente al cerebro V5.
Acelerómetro: el acelerómetro mide la rapidez con la que el sensor cambia su movimiento (acelera) a lo largo del eje X, el eje Y y/o el eje Z. Estos ejes están determinados por la orientación del sensor inercial. Por ejemplo, una orientación podría tener el eje X de un robot como su movimiento hacia adelante y hacia atrás, su eje Y como su movimiento de lado a lado, y su eje Z como su movimiento hacia arriba y hacia abajo (como el robot levantándose del campo en un poste de suspensión).
El acelerómetro mide un cambio en el movimiento cuando su electrónica interna detecta un cambio en la inercia y esto crea un cambio en su lectura. Cuanto más rápido sea el cambio de movimiento, más cambiará la lectura. Nota: Este puede ser un valor positivo más grande o un valor negativo más grande dependiendo de la dirección del movimiento a lo largo del eje.
La aceleración se mide en g (unidad de aceleración gravitacional). El límite máximo de medición para la parte del acelerómetro del sensor inercial es de hasta 4 g. Esto es más que suficiente para medir y controlar la mayoría de los comportamientos de los robots.
Giroscopio: el giroscopio, en lugar de medir el movimiento lineal a lo largo de los 3 ejes, mide el movimiento de rotación alrededor de los 3 ejes. El sensor mide esta rotación cuando la electrónica interna crea un punto de referencia fijo. A medida que el sensor gira alejándose de este punto de referencia, cambia la señal de salida.
Se necesita un corto período de tiempo para que un giroscopio establezca su punto de referencia (calibración). Esto se conoce comúnmente como tiempo de inicialización o inicio. (Nota: Se recomienda utilizar 2 segundos para un tiempo de calibración o iniciar la calibración del sensor dentro de la parte previa al encendido de la plantilla de competición. Cuando se utiliza el sensor dentro de las funciones del tren motriz VEXcode V5/VEXcode Pro V5, la calibración se incluye dentro de la función).
Un giroscopio electrónico también tiene una velocidad máxima de rotación. Es decir, si el objeto que está midiendo el sensor gira más rápido de lo que el giroscopio puede medir su rotación, el sensor devolverá lecturas incorrectas. La velocidad de rotación máxima para el sensor inercial es de hasta 1000 grados/segundo. Una vez más, esto es más que suficiente para medir y controlar todos los comportamientos de los robots, excepto los extremos.
| Eje etiquetado en el sensor inercial | 3 ejes | 3 Eje de rotación |
|---|---|---|
El sensor inercial debe combinarse con un lenguaje de programación como VEXcode V5 o VEXcode Pro V5 para crear un programa de usuario para que el cerebro V5 utilice las lecturas del sensor para controlar el comportamiento del robot.
El cerebro V5 en conjunto con un programa de usuario se puede utilizar para convertir las lecturas del sensor inercial en muchas mediciones, incluyendo: un rumbo, una cantidad de rotación, una velocidad de rotación, una orientación y una cantidad de aceleración.
Colocación del sensor inercial
La colocación del sensor inercial es muy importante para sus lecturas precisas. Como se mencionó anteriormente, es esencial alinear el sensor inercial a lo largo del eje en el que el robot experimentará un cambio de movimiento. Esta alineación determina cómo el sensor produce mediciones en referencia a la orientación espacial del robot. Estas mediciones permiten al programa de usuario cambiar el comportamiento del robot.
Puede haber un caso aislado en el que se coloque un sensor inercial en el componente externo de un robot, pero para la mayoría de las aplicaciones, el sensor se colocará en el chasis de la transmisión.
El sensor inercial siempre ajusta su orientación cuando se calibra para que la medición de rotación sea la misma. Esto permite colocar el sensor en cualquiera de las 6 posibles posiciones de montaje.
| Seis posibles posiciones de montaje para el sensor inercial |
Lectura de los valores del sensor inercial: es útil utilizar la pantalla de información del dispositivo en el cerebro V5 para ver los valores que está devolviendo el sensor inercial. Esto se puede hacer con el sensor conectado al cerebro mediante:
Retire el protector de pantalla magnético cerebral V5, encienda el cerebro y toque el icono de dispositivos.
Toque el icono del sensor de inercia en la pantalla de información del dispositivo.
Toque el marco Calibrar en la pantalla Inercial.
Mueva el sensor de inercia hacia adelante y hacia atrás, de lado a lado, hacia arriba y hacia abajo, y gírelo en diferentes direcciones. Esto debería cambiar los valores en la pantalla y girar el cubo 3D.
Usos comunes del sensor inercial:
El sensor inercial puede producir varias mediciones que se pueden utilizar para cambiar el comportamiento del robot. Algunos de estos incluyen:
Encabezado: cuando se utiliza el sensor inercial para mover el robot a un encabezado, se moverá a un encabezado fijo en referencia a un punto que se establece cuando se calibró el sensor. En otras palabras, si el robot se ajusta a un rumbo de 90o desde su posición inicial, no importa si el robot tiene un rumbo actual de 45 o o un rumbo de 120o, girará para alcanzar un rumbo de 90o.
Cantidad de rotación: a diferencia del valor de rumbo, la cantidad de rotación hace que el robot gire una cierta cantidad desde su orientación actual. En este caso, si el robot gira 90o y luego vuelve a girar 90o, estará a 180o a su posición inicial.
Velocidad de rotación: la velocidad de rotación es la rapidez con la que gira el robot. Ya sea que el robot esté girando hacia un rumbo o girando por una cantidad, la velocidad a la que giran las ruedas motrices determinará qué tan rápido gira el robot. Algunas de las unidades utilizadas para medir esto son grados por segundo (dps) y revoluciones por minuto (rpm).
Aceleración: como se mencionó anteriormente, el sensor inercial puede medir la aceleración, la rapidez con la que el robot cambia su movimiento a lo largo de un eje. Curiosamente, mientras el robot está parado, su aceleración de lado a lado y de adelante hacia atrás será de 0 g, pero la aceleración hacia arriba y hacia abajo del robot será de 1 g porque la gravedad de la Tierra está ejerciendo 1 g de fuerza sobre el robot.
Péndulo: Una actividad interesante en el aula es montar un sensor inercial en una pieza larga de metal estructural y luego unir el otro extremo a una torre estacionaria con un eje o tornillo de hombro para que pueda oscilar hacia abajo como un péndulo. A continuación, conecte un cable inteligente largo entre un sistema V5 Brain/Control y el sensor. Programe el V5 Brain para imprimir los valores de aceleración del sensor en la pantalla táctil a color del Brain. Haga que los estudiantes exploren cómo balancear el sensor de inercia en el extremo del péndulo cambia los valores del sensor.
| Tumble Robot |
|---|
Tumble Robot: Otra actividad divertida en el aula es hacer que los estudiantes armen un Tumble Robot. Un Tumble Robot está diseñado para poder conducir boca abajo y con el lado derecho hacia arriba. Haga que los estudiantes escriban un programa de usuario utilizando el sensor inercial para navegar por una ruta. Luego pídales que investiguen cómo cambia el comportamiento del robot cuando conduce al revés.
Usos del sensor inercial en un robot de competición:
El sensor inercial proporcionará una gran ventaja competitiva para los robots de competición. Algunos de estos usos incluyen:
Navegación: además de establecer encabezados o la cantidad de rotación para que gire el robot, las lecturas del sensor inercial se pueden utilizar para programar el robot para que viaje en línea recta a lo largo de un encabezado determinado. Esto es especialmente útil durante la parte autónoma de un partido o durante una ejecución de habilidades de programación. Además, mediante el uso de algunas matemáticas de orden superior, es posible usar los valores de aceleración para escribir una función que pueda determinar el cambio de posición del robot.
Estabilidad: Tal vez una de las cosas más desalentadoras es ver a tu robot tirado en el campo de juego después de que se haya volcado. El sensor de inercia se puede utilizar durante los períodos controlados por el operador y autónomos para detectar si el robot está empezando a inclinarse y luego el programa de usuario puede hacer que el robot tome una acción autocorrectiva. Esto podría ocurrir mientras el robot está conduciendo completamente extendido o mientras el robot está intentando escalar un obstáculo.
No importa para qué aplicación se utilice el sensor inercial VEX, no hay duda de que será una adición bienvenida para los equipos. La función de los valores del sensor están abiertos a la imaginación del usuario.
El sensor inercial está disponible en el sitio web de VEX.