Utilizzo del sensore inerziale V5

Descrizione

Il sensore inerziale VEX V5 è una combinazione di un accelerometro a 3 assi (X, Y e Z) e un giroscopio a 3 assi. L'accelerometro rileverà un cambiamento di movimento (accelerazione) in qualsiasi direzione e il giroscopio mantiene elettronicamente una posizione di riferimento in modo da poter misurare un cambiamento rotazionale di posizione in qualsiasi direzione rispetto a questo riferimento.

La combinazione di questi due dispositivi in ​​un unico sensore consente una navigazione efficace e precisa, nonché il controllo di qualsiasi cambiamento nel movimento di un robot. Il rilevamento di un cambiamento nel movimento può aiutare a ridurre la possibilità che un robot cada mentre guida o mentre scavalca un ostacolo.

L'alloggiamento di questo sensore presenta un unico foro di montaggio che ne consente un facile montaggio sulla struttura del robot. Inoltre davanti al foro di montaggio è presente una piccola rientranza che segna il punto di riferimento del sensore. Sul fondo dell'alloggiamento è presente una borchia rotonda dimensionata per essere inserita in un foro quadrato di un pezzo di metallo strutturale. Ciò manterrà il sensore fissato al suo punto di attacco. Sul retro dell'alloggiamento del sensore è presente una Smart Port V5.

Punto di riferimento del sensore	Borchia rotonda sul fondo dell'alloggiamento

Sull'alloggiamento accanto al foro di montaggio è presente un diagramma che indica l'orientamento dell'asse per il sensore inerziale.

Affinché il sensore inerziale funzioni con il V5 Brain, la V5 Smart Port del sensore e la Smart Port del V5 Brain devono essere collegate con un V5 Smart Cable. Il sensore inerziale funzionerà con una qualsiasi delle 21 porte intelligenti sul cervello. Quando colleghi uno Smart Cable V5 alle porte, assicurati che il connettore del cavo sia completamente inserito nella porta e che la linguetta di bloccaggio del connettore sia completamente agganciata.

Sensore interno V5	Porta intelligente per sensore inerziale	Porta V5 Brain Smart

Come funziona il sensore inerziale

Sia la parte dell'accelerometro che la parte del giroscopio di questo sensore producono un segnale di feedback intelligente al V5 Brain.

Accelerometro: L'accelerometro misura la velocità con cui il sensore cambia il suo movimento (accelera) lungo l'asse X, l'asse Y e/o l'asse Z. Questi assi sono determinati dall'orientamento del sensore inerziale. Ad esempio, un orientamento potrebbe avere l'asse X di un robot come movimento in avanti e all'indietro, l'asse Y come movimento laterale e l'asse Z come movimento su e giù (come il robot che si solleva da solo il campo su un palo sospeso).

L'accelerometro misura un cambiamento nel movimento quando la sua elettronica interna rileva un cambiamento nell'inerzia e questo crea un cambiamento nella sua lettura. Più veloce è il cambiamento di movimento, più cambia la lettura. Nota: questo potrebbe essere un valore positivo maggiore o un valore negativo maggiore a seconda della direzione del movimento lungo l'asse.

L'accelerazione è misurata in g (unità di accelerazione gravitazionale). Il limite massimo di misurazione per la parte dell'accelerometro del sensore inerziale è fino a 4 g. Questo è più che sufficiente per misurare e controllare i comportamenti della maggior parte dei robot.

Giroscopio: Il giroscopio, invece di misurare il movimento lineare lungo il 3 asse, misura il movimento rotatorio attorno al 3 asse. Il sensore misura questa rotazione quando l'elettronica interna crea un punto di riferimento fisso. Quando il sensore ruota lontano da questo punto di riferimento, cambia il segnale di uscita.

Un giroscopio impiega un breve periodo di tempo per stabilire il suo punto di riferimento (calibrazione). Questo è comunemente chiamato tempo di inizializzazione o di avvio. (Nota: si consiglia di utilizzare 2 secondi per il tempo di calibrazione o di avviare la calibrazione del sensore nella parte pre-auto del modello di competizione. Quando si utilizza il sensore nelle funzioni di trasmissione VEXcode V5/VEXcode Pro V5, la calibrazione è inclusa nella funzione.)

Anche un giroscopio elettronico ha una velocità di rotazione massima. Cioè, se l'oggetto che il sensore sta misurando gira più velocemente di quanto il giroscopio possa misurare la sua rotazione, il sensore restituirà letture errate. La velocità di rotazione massima per il sensore inerziale è fino a 1000 gradi/secondo. Ancora una volta, questo è più che sufficiente per misurare e controllare tutti i comportamenti dei robot, tranne quelli estremi.

Asse etichettato sul sensore inerziale	3 assi	3 assi di rotazione

Il sensore inerziale deve essere accoppiato con un linguaggio di programmazione come VEXcode V5o VEXcode Pro V5 per creare un programma utente per V5 Brain per utilizzare le letture del sensore per controllare il comportamento del robot.

Il V5 Brain insieme a un programma utente può essere utilizzato per convertire le letture del sensore inerziale in molte misurazioni tra cui: una direzione, una quantità di rotazione, una velocità di rotazione, un orientamento e una quantità di accelerazione.

Posizionamento del Sensore Inerziale

Il posizionamento del sensore inerziale è molto importante per ottenere letture accurate. Come accennato in precedenza, è essenziale allineare il sensore inerziale lungo l'asse in cui il robot subirà un cambiamento di movimento. Questo allineamento determina il modo in cui il sensore produce misurazioni in riferimento all'orientamento spaziale del robot. Queste misurazioni consentono al programma utente di modificare il comportamento del robot.

Potrebbe verificarsi un caso isolato in cui un sensore inerziale verrà posizionato su un componente esterno di un robot, ma per la maggior parte delle applicazioni il sensore verrà posizionato sul telaio della trasmissione.

Il sensore inerziale regola sempre il suo orientamento durante la calibrazione in modo che la misurazione rotazionale sia la stessa. Ciò consente di posizionare il sensore in una qualsiasi delle 6 possibili posizioni di montaggio.

Sei possibili posizioni di montaggio per il sensore inerziale

Lettura dei valori del sensore inerziale: È utile utilizzare la schermata Informazioni dispositivo sul V5 Brain per vedere i valori restituiti dal sensore inerziale. Questo può essere fatto con il sensore collegato al cervello tramite:

Spostare il sensore inerziale avanti e indietro, lateralmente, su e giù e ruotarlo in diverse direzioni. Questo dovrebbe cambiare i valori sullo schermo e ruotare il cubo 3-D.

Usi comuni del sensore inerziale:

Il sensore inerziale può produrre diverse misurazioni che possono essere utilizzate per modificare il comportamento del robot. Alcuni di questi includono:

Direzione: Quando il sensore inerziale viene utilizzato per spostare il robot verso una direzione, si sposterà verso una direzione fissa in riferimento a un punto stabilito al momento della calibrazione del sensore. In altre parole, se il robot è impostato su una rotta di 90^o dalla sua posizione iniziale, non importa se il robot ha una rotta corrente di 45^o o una rotta di 120^o, girerà raggiungere una rotta di 90^o.

Quantità di rotazione: A differenza del valore della direzione, la quantità di rotazione fa sì che il robot ruoti di una certa quantità rispetto al suo orientamento corrente. In questo caso, se il robot gira di 90^o e poi gira di nuovo di 90^o , si troverà a 180^o rispetto alla sua posizione iniziale.

Velocità di rotazione: La velocità di rotazione è la velocità con cui il robot gira. Sia che il robot stia girando verso una direzione o stia ruotando per un certo periodo, la velocità con cui girano le ruote motrici determinerà la velocità con cui gira il robot. Alcune delle unità utilizzate per misurarlo sono gradi al secondo (dps) e rivoluzioni al minuto (rpm).

Accelerazione: Come accennato in precedenza, il sensore inerziale può misurare l'accelerazione, ovvero la velocità con cui il robot cambia il suo movimento lungo un asse. È interessante notare che, mentre il robot è fermo, la sua accelerazione laterale e quella anteriore e posteriore saranno 0 g, ma l'accelerazione su e giù del robot sarà 1 g perché la gravità terrestre esercita 1 g di forza sul robot.

Pendolo: Un'interessante attività in classe consiste nel montare un sensore inerziale su un lungo pezzo di metallo strutturale e quindi collegare l'altra estremità a una torre stazionaria con un albero o una vite a spalla in modo che possa oscillare verso il basso come un pendolo. Successivamente, collegare un lungo Smart Cable tra il sistema Brain/Control V5 e il sensore. Programma il V5 Brain per stampare i valori di accelerazione del sensore sul touch screen a colori del Brain. Chiedi agli studenti di esplorare come l'oscillazione del sensore inerziale all'estremità del pendolo modifica i valori del sensore.

Usi del sensore inerziale su un robot da competizione:

Il sensore inerziale fornirà un grande vantaggio competitivo per i robot da competizione. Alcuni di questi usi includono:

Navigazione: Oltre a impostare le direzioni o la quantità di rotazione necessaria per girare il robot, le letture del sensore inerziale possono essere utilizzate per programmare il robot in modo che viaggi in linea retta lungo una determinata direzione. Ciò è particolarmente utile durante la parte autonoma di una partita o durante una sessione di abilità di programmazione. Inoltre, attraverso l'uso di matematica di ordine superiore, è possibile utilizzare i valori di accelerazione per scrivere una funzione in grado di determinare il cambiamento di posizione del robot.

Stabilità: Forse una delle cose più scoraggianti è vedere il tuo robot disteso sul campo di gioco dopo che si è ribaltato. Il sensore inerziale può essere utilizzato sia durante i periodi controllati dall'operatore che durante i periodi autonomi per rilevare se il robot sta iniziando a ribaltarsi e quindi il programma utente può far sì che il robot esegua un'azione autocorrettiva. Ciò potrebbe avvenire mentre il robot sta guidando in posizione completamente estesa o mentre sta tentando di superare un ostacolo.

Indipendentemente dall'applicazione per cui viene utilizzato il sensore inerziale VEX V5, non c'è dubbio che sarà un'aggiunta gradita per i team. La funzione dei valori del sensore è aperta all'immaginazione dell'utente.

Il sensore inerziale V5 è disponibile sul sito web VEX.