Usando el sensor inercial V5

Descripción

El sensor inercial VEX V5 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 poder medir un cambio de posición rotacional en cualquier dirección contra esta referencia.

La combinación de estos dos dispositivos en un solo sensor permite una navegación efectiva y precisa, además de 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 mientras conduce o mientras supera un obstáculo.

La carcasa de este sensor tiene un único orificio de montaje que permite montarlo fácilmente en la estructura del robot. Además, delante del orificio de montaje hay una pequeña muesca que marca el punto de referencia del sensor. En la parte inferior de la carcasa, hay una protuberancia redonda cuyo tamaño puede 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 V5 Smart Port.

Punto de referencia del sensor	Resalte redondo en la parte inferior de la carcasa.

Hay un diagrama en la carcasa junto al orificio de montaje que indica la orientación del eje del sensor inercial.

Para que el sensor inercial funcione con el V5 Brain, el V5 Smart Port del sensor y el V5 Brain's Smart Port deben estar conectados con un V5 Smart Cable. El sensor inercial funcionará con cualquiera de los 21 puertos inteligentes del cerebro. Al conectar un V5 Smart Cable a los puertos, asegúrese de que el conector del cable esté completamente insertado en el puerto y que la pestaña de bloqueo del conector esté completamente enganchada.

Sensor interno 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 V5 Brain.

Acelerómetro: El acelerómetro mide qué tan rápido 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 cuando el robot se levanta de el campo en un poste de suspensión).

El acelerómetro mide un cambio de movimiento cuando su electrónica interna detecta un cambio de inercia y esto crea un cambio en su lectura. Cuanto más rápido es el cambio de movimiento, más cambia la lectura. Nota: Este puede ser un valor positivo mayor o un valor negativo mayor 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 se aleja de este punto de referencia, cambia la señal de salida.

Un giroscopio tarda un corto período de tiempo en establecer su punto de referencia (calibración). Esto comúnmente se denomina 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 auton de la plantilla de competencia. Cuando se utiliza el sensor dentro de las funciones de transmisión 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 arrojará lecturas incorrectas. La velocidad de rotación máxima del 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 ejes de rotación

El sensor inercial debe combinarse con un lenguaje de programación como VEXcode V5o VEXcode Pro V5 para crear un programa de usuario para que el V5 Brain utilice las lecturas del sensor para controlar el comportamiento del robot.

El V5 Brain junto con un programa de usuario se puede utilizar para convertir las lecturas del sensor inercial en muchas medidas que incluyen: un rumbo, una cantidad de rotación, una velocidad de rotación, una orientación y una cantidad de aceleración.

Colocación del sensor inercial

La ubicación del sensor inercial es muy importante para obtener 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 un 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 posiciones de montaje posibles.

Seis posibles posiciones de montaje para el sensor inercial

Lectura de valores del sensor inercial: Es útil utilizar la pantalla Información del dispositivo en el V5 Brain para ver los valores que devuelve el sensor inercial. Esto se puede hacer con el sensor conectado al cerebro mediante:

Mueva el sensor inercial 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 rotar el cubo 3-D.

Usos comunes del sensor inercial:

El sensor inercial puede producir varias mediciones que pueden usarse para cambiar el comportamiento del robot. Algunos de estos incluyen:

Rumbo: Cuando se utiliza el sensor inercial para mover el robot a un rumbo, se moverá a un rumbo fijo en referencia a un punto que se estableció cuando se calibró el sensor. En otras palabras, si el robot está configurado con un rumbo de 90^o desde su posición inicial, no importa si el robot tiene un rumbo actual de 45^o o un rumbo de 120^o, girará para alcanzar un rumbo de 90^o.

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 90^o y luego vuelve a girar 90^o , estará en 180^o con respecto a su posición inicial.

Velocidad de rotación: La velocidad de rotación es la velocidad a la que gira el robot. Ya sea que el robot gire hacia un rumbo o gire una cierta 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, es decir, qué tan rápido el robot cambia su movimiento a lo largo de un eje. Curiosamente, mientras el robot está estacionario, su aceleración de lado a lado y su aceleración hacia adelante y 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 fijar el otro extremo a una torre estacionaria con un eje o un tornillo de hombro para que pueda oscilar hacia abajo como un péndulo. A continuación, conecte un cable inteligente largo entre un sistema de control/cerebro V5 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 el movimiento del sensor de inercia en el extremo del péndulo cambia los valores del sensor.

Usos del Sensor Inercial en un Robot de Competición:

El Sensor Inercial aportará una gran ventaja competitiva a los robots de competición. Algunos de estos usos incluyen:

Navegación: Además de configurar los rumbos o la cantidad de rotación para que gire el robot, las lecturas del sensor inercial se pueden usar para programar el robot para que se desplace en línea recta a lo largo de un rumbo determinado. Esto es especialmente útil durante la parte autónoma de una partida o durante una ejecución de habilidades de programación. Además, mediante el uso de algunas matemáticas de orden superior, es posible utilizar los valores de aceleración para escribir una función que pueda determinar el cambio de posición del robot.

Estabilidad: Quizás una de las cosas más desalentadoras es ver a tu robot tirado en el campo de juego después de volcarse. El sensor inercial se puede utilizar durante períodos controlados por el operador y autónomos para detectar si el robot está comenzando a inclinarse y luego el programa del usuario puede hacer que el robot adopte una acción de autocorrección. Esto podría tener lugar mientras el robot conduce completamente extendido o mientras intenta escalar un obstáculo.

No importa para qué aplicación se utilice el sensor inercial VEX V5, no hay duda de que será una incorporación bienvenida para los equipos. La función de los valores del sensor está abierta a la imaginación del usuario.

El sensor inercial V5 está disponible en el sitio web de VEX.