VEX V5で慣性センサーを使用する

説明

慣性センサー は、3 軸 (X、Y、Z) 加速度計と 3 軸ジャイロスコープの組み合わせです。 加速度計は任意の方向の動きの変化 (加速度) を検出し、ジャイロスコープは基準位置を電子的に維持するため、この基準に対して任意の方向の位置の回転変化を測定できます。

これら 2 つのデバイスを 1 つのセンサーに組み合わせることで、効果的かつ正確なナビゲーションが可能になるだけでなく、ロボットの動きの変化を制御することも可能になります。 動作の変化を検出すると、ロボットが運転中または障害物を乗り越えているときに転倒する可能性を減らすことができます。

このセンサーのハウジングには取り付け穴が 1 つあり、ロボットの構造に簡単に取り付けることができます。 さらに、取り付け穴の前に小さなくぼみがあり、センサーの基準点をマークします。 ハウジングの底部には、構造用金属の四角い穴に挿入できるサイズの丸いボスがあります。 これにより、センサーが取り付けポイントに固定された状態になります。 センサーハウジングの背面には、V5 スマートポートがあります。

センサーの参照点	ハウジングの底部の丸いボス

ハウジングの取り付け穴の隣に、慣性センサーの軸の方向を示す図があります。

慣性センサーが V5 Brain で機能するには、センサーの V5 スマート ポートと V5 Brain のスマート ポートを V5 スマート ケーブルで接続する必要があります。 慣性センサーは、脳上の 21 個のスマート ポートのいずれかで動作します。 V5 スマート ケーブルをポートに接続するときは、ケーブルのコネクタがポートに完全に挿入され、コネクタのロック タブが完全にはめ込まれていることを確認してください。

V5慣性センサー	慣性センサースマートポート	V5 ブレイン スマートポート

慣性センサーの仕組み

このセンサーの加速度計部分とジャイロスコープ部分は両方とも、V5 Brain へのスマートな信号フィードバックを生成します。

加速度計: 加速度計は、センサーが X 軸、Y 軸、Z 軸に沿って動きを変える (加速する) 速度を測定します。 これらの軸は慣性センサーの向きによって決まります。 たとえば、ある方向では、ロボットの X 軸を前後の動きとして、Y 軸を左右の動きとして、Z 軸を上下の動きとして持つことができます (ロボットが自らを持ち上げるなど)吊り下げポール上のフィールド）。

加速度計は、内部の電子機器が慣性の変化を検出すると、動きの変化を測定し、これにより測定値が変化します。 動きの変化が速いほど、測定値の変化も大きくなります。 注: これは、軸に沿った動きの方向に応じて、より大きな正の値またはより大きな負の値になることがあります。

加速度は g (重力加速度の単位) で測定されます。 慣性センサーの加速度センサー部分の最大測定限界は 4g までです。 これは、ほとんどのロボットの動作を測定および制御するには十分です。

ジャイロスコープ: ジャイロスコープは、3 軸に沿った直線運動を測定するのではなく、3 軸を中心とした回転運動を測定します。 内部電子機器が固定基準点を作成すると、センサーはこの回転を測定します。 センサーがこの基準点から離れる方向に回転すると、出力信号が変化します。

ジャイロスコープが基準点を確立する (キャリブレーション) には短時間かかります。 これは一般に初期化時間または起動時間と呼ばれます。 (注: キャリブレーション時間に 2 秒を使用するか、コンテスト テンプレートのプレオートン部分内でセンサーのキャリブレーションを開始することをお勧めします。 VEXcode V5/VEXcode Pro V5 ドライブトレイン機能内でセンサーを使用する場合、キャリブレーションは機能内に含まれます。)

電子ジャイロスコープにも最大回転速度があります。 つまり、センサーが測定している物体が、ジャイロスコープがその回転を測定できる速度よりも速く回転している場合、センサーは不正確な読み取り値を返します。 慣性センサーの最大回転速度は最大 1000 度/秒です。 繰り返しになりますが、極端なロボットの動作を除くすべての測定と制御には、これで十分です。

慣性センサー上の軸のラベル	3軸	3 回転軸

慣性センサーを VEXcode V5や VEXcode Pro V5 などのプログラミング言語と組み合わせて、センサーの読み取り値を利用してロボットの動作を制御する V5 Brain のユーザー プログラムを作成する必要があります。

V5 Brain をユーザー プログラムと連携して使用すると、慣性センサーの読み取り値を、機首方位、回転量、回転速度、向き、加速度などの多くの測定値に変換できます。

慣性センサーの配置

慣性センサーの配置は、正確な読み取りにとって非常に重要です。 前述したように、ロボットの動作の変化が発生する軸に沿って慣性センサーを位置合わせすることが重要です。 この位置合わせにより、ロボットの空間方向を基準にしてセンサーがどのように測定値を生成するかが決まります。 これらの測定により、ユーザー プログラムはロボットの動作を変更できます。

慣性センサーがロボットの外部コンポーネントに配置される特殊なケースもあるかもしれませんが、ほとんどのアプリケーションでは、センサーはドライブトレインのシャーシに配置されます。

慣性センサーは、回転測定値が同じになるように校正時に常に方向を調整します。 これにより、センサーを 6 つの可能な取り付け位置のいずれかに配置できるようになります。

慣性センサーの取り付け可能な 6 つの位置

慣性センサー値の読み取り: V5 Brain の [デバイス情報] 画面を使用して、慣性センサーが返す値を確認すると便利です。 これは、脳に接続されたセンサーを使用して次のように行うことができます。

慣性センサーを前後、左右、上下に動かし、さまざまな方向に回転させます。 これにより、画面上の値が変更され、3D 立方体が回転します。

慣性センサーの一般的な用途:

慣性センサーは、ロボットの動作を変更するために使用できるいくつかの測定値を生成できます。 これらには次のようなものがあります。

方位: 慣性センサーを使用してロボットを方位に移動すると、ロボットはセンサーの校正時に設定された点を基準にして固定方位に移動します。 言い換えれば、ロボットが開始位置から 90^° の機首方位に設定されている場合、ロボットの現在の機首方位が 45^° であるか、または 120^°の機首方位を持っているかは関係なく、ロボットは旋回します。機首方位が 90^oに達するまで。

回転量: 回転量は、方位値とは異なり、ロボットを現在の方向から一定量回転させます。 この場合、ロボットが 90^度 回転し、次に 90 度^度 回転すると、開始位置まで 180^度 になります。

回転速度: 回転速度は、ロボットが回転する速度です。 ロボットが方向に向かって回転するか、ある程度回転するかにかかわらず、駆動輪の回転速度によってロボットが回転する速度が決まります。 これを測定するために使用される単位には、1 秒あたりの度数 (dps) や 1 分あたりの回転数 (rpm) などがあります。

加速度: 前述したように、慣性センサーは加速度、つまりロボットが軸に沿って動作を変える速さを測定できます。 興味深いことに、ロボットが静止している間、左右および前後の加速度は 0g ですが、地球の重力がロボットに 1g の力を及ぼしているため、ロボットの上下の加速度は 1g になります。

振り子: 教室での興味深いアクティビティは、慣性センサーを長い構造金属片に取り付け、もう一方の端をシャフトまたは肩付きネジで固定タワーに取り付け、振り子のように振り下ろすことができるようにすることです。 次に、V5 Brain/Control System とセンサーの間に長いスマート ケーブルを接続します。 センサーの加速度値を Brain のカラー タッチ スクリーンに印刷するように V5 Brain をプログラムします。 生徒たちに、振り子の端にある慣性センサーを振るとセンサーの値がどのように変化するかを調べてもらいます。

タンブルロボット

タンブル ロボット: もう 1 つの楽しい教室アクティビティは、生徒たちにタンブル ロボットを組み立てさせることです。 タンブルロボットは、正立だけでなく逆さまにも運転できるように設計されています。 生徒に、慣性センサーを使用してパスを移動するユーザー プログラムを作成してもらいます。 次に、ロボットが逆さまに運転されているときにロボットの動作がどのように変化するかを調べてもらいます。

競技用ロボットにおける慣性センサーの用途:

慣性センサーは競技用ロボットに大きな競争上の優位性をもたらします。 これらの用途には次のようなものがあります。

ナビゲーション: ロボットの方向や回転量の設定に加えて、慣性センサーの読み取り値を使用して、ロボットが指定された方向に沿って直線的に移動するようにロボットをプログラムすることができます。 これは、試合の自主的な部分またはプログラミング スキルの実行中に特に役立ちます。 また、高次数学を使用すると、加速度値を使用してロボットの位置の変化を決定できる関数を作成することもできます。

安定性: おそらく、最も落胆することの 1 つは、ロボットが転倒した後、競技場に大の字に広がっているのを見ることでしょう。 慣性センサーは、オペレーター制御期間と自律期間の両方でロボットが傾き始めているかどうかを検出するために使用でき、ユーザー プログラムはロボットに自動修正アクションを実行させることができます。 これは、ロボットが完全に伸びて運転しているとき、またはロボットが障害物を登ろうとしているときに発生する可能性があります。

VEX 慣性センサーがどのような用途に使用されるかに関係なく、チームにとって歓迎される追加機能となることは間違いありません。 センサーの値の機能はユーザーの想像力に左右されます。

慣性センサーは のWebサイトから入手できます。