Inerciālā sensora izmantošana ar VEX V5 – VEX bibliotēka

Apraksts

Inerciālais sensors ir 3 asu (X, Y un Z) akselerometra un 3 asu žiroskopa kombinācija. Akselerometrs noteiks kustības (paātrinājuma) izmaiņas jebkurā virzienā, un žiroskops elektroniski uztur atskaites pozīciju, lai tas varētu izmērīt rotācijas pozīcijas izmaiņas jebkurā virzienā pret šo atsauci.

Šo divu ierīču apvienojums vienā sensorā ļauj veikt efektīvu un precīzu navigāciju, kā arī kontrolēt jebkādas izmaiņas robota kustībā. Kustības izmaiņu noteikšana var palīdzēt samazināt iespēju, ka robots apgāzīsies, kad tas brauc vai kāpj pāri šķērslim.

Šī sensora korpusā ir viens montāžas caurums, kas ļauj to viegli piestiprināt pie robota konstrukcijas. Turklāt montāžas atveres priekšā ir neliels iedobums, kas iezīmē sensora atskaites punktu. Korpusa apakšā ir apaļš uzgalis, kura izmērs ir paredzēts ievietošanai konstrukcijas metāla gabala kvadrātveida caurumā. Tādējādi sensors tiks fiksēts tā stiprinājuma punktā. Sensora korpusa aizmugurē ir V5 viedais ports.

V5 inerciālā sensora leņķiskais skats ar izceltu tā mazo sensora atskaites punktu.

V5 inerciālā sensora aizmugure ar attēlotu vienu vītņotu ieliktni #8-32 VEX skrūvei un izceltu tā apaļo izciļņu.

Uz korpusa blakus montāžas caurumam ir diagramma, kas norāda inerciālā sensora ass orientāciju.

Lai inerciālais sensors darbotos ar V5 Brain, sensora V5 viedports un V5 Brain viedports ir jāsavieno ar V5 viedo kabeli. Inerciālais sensors darbosies ar jebkuru no 21 viedo portu smadzenēs. Pievienojot V5 viedo kabeli pie portiem, pārliecinieties, vai kabeļa savienotājs ir pilnībā ievietots portā un savienotāja bloķēšanas cilne ir pilnībā nofiksēta.

V5 inerciālā sensora leņķiskais skats. No šī leņķa ir redzama izdrukātā diagramma, kas norāda inerciālā sensora orientāciju.

V5 inerciālā sensora sāns ar attēlotu viedportu.

Kā darbojas inerciālais sensors

Gan šī sensora akselerometra daļa, gan žiroskopa daļa rada viedu signāla atgriezenisko saiti uz V5 Brain.

Akselerometrs: Akselerometrs mēra, cik ātri sensors maina savu kustību (paātrina) pa X asi, Y asi un/vai Z asi. Šīs asis nosaka inerciālā sensora orientācija. Piemēram, vienai orientācijai var būt robota X ass kustība uz priekšu un atpakaļ, tā Y ass kā kustība no vienas puses uz otru un Z ass kā kustība uz augšu un uz leju (piemēram, robots paceļas nost. lauks uz piekares staba).

Akselerometrs mēra kustības izmaiņas, kad tā iekšējā elektronika nosaka inerces izmaiņas, un tas rada izmaiņas tā rādījumā. Jo ātrāk mainās kustība, jo vairāk mainās rādījums. Piezīme. Tā var būt lielāka pozitīva vērtība vai lielāka negatīva vērtība atkarībā no kustības virziena pa asi.

Paātrinājumu mēra g (gravitācijas paātrinājuma vienībā). Maksimālais mērījumu ierobežojums inerciālā sensora akselerometra daļai ir līdz 4 g. Tas ir vairāk nekā pietiekami, lai izmērītu un kontrolētu lielāko daļu robotu uzvedību.

Žiroskops: Žiroskops tā vietā, lai mērītu lineāro kustību pa 3 asīm, mēra rotācijas kustību ap 3 asīm. Sensors mēra šo rotāciju, kad iekšējā elektronika izveido fiksētu atskaites punktu. Sensoram griežoties prom no šī atskaites punkta, tas maina izejas signālu.

Žiroskopam ir nepieciešams īss laiks, lai noteiktu atskaites punktu (kalibrēšanu). To parasti sauc par inicializācijas vai palaišanas laiku. (Piezīme: ir ieteicams izmantot 2 sekundes kalibrēšanas laikam vai sākt sensora kalibrēšanu sacensību veidnes pirmsautomātiskajā daļā. Izmantojot sensoru VEXcode V5/VEXcode Pro V5 piedziņas funkcijās, kalibrēšana ir iekļauta funkcijā.)

Elektroniskajam žiroskopam ir arī maksimālais griešanās ātrums. Tas ir, ja objekts, ko mēra sensors, griežas ātrāk, nekā žiroskops spēj izmērīt tā rotāciju, sensors atgriezīs nepareizus rādījumus. Maksimālais inerciālā sensora griešanās ātrums ir līdz 1000 grādiem sekundē. Vēlreiz tas ir vairāk nekā pietiekami, lai izmērītu un kontrolētu visu veidu robotu uzvedību, izņemot ekstremālos.

V5 inerciālā sensora tuvplāns ar izdrukātu diagrammu, kas norāda inerciālā sensora orientāciju. Diagrammā ir divas perpendikulāras bultiņas, kas norāda X un Y asis, un aplis, kas norāda Z asi un ir vērsts taisni uz augšu.

X, Y un Z asu diagramma, kas izometriskā perspektīvā attēlotas perpendikulāri viena otrai.

Inerciālais sensors ir jāsavieno pārī ar programmēšanas valodu, piemēram, VEXcode V5vai VEXcode Pro V5, lai izveidotu lietotāja programmu V5 Brain, lai izmantotu sensora rādījumus, lai kontrolētu robota uzvedību.

V5 Brain kopā ar lietotāja programmu var izmantot, lai pārveidotu inerciālā sensora rādījumus daudzos mērījumos, tostarp: virziens, rotācijas apjoms, rotācijas ātrums, orientācija un paātrinājuma apjoms.

Inerciālā sensora novietojums

Inerciālā sensora novietojums ir ļoti svarīgs tā precīzai nolasīšanai. Kā minēts iepriekš, ir svarīgi noregulēt inerciālo sensoru pa asi, kurā robots piedzīvos kustības izmaiņas. Šī izlīdzināšana nosaka, kā sensors veic mērījumus saistībā ar robota telpisko orientāciju. Šie mērījumi ļauj lietotāja programmai mainīt robota uzvedību.

Var būt atsevišķs gadījums, kad inerciālais sensors tiks novietots uz robota ārējās sastāvdaļas, bet lielākajai daļai lietojumu sensors tiks novietots uz piedziņas šasijas.

Inerciālais sensors kalibrēšanas laikā vienmēr pielāgo savu orientāciju, lai rotācijas mērījumi būtu vienādi. Tas ļauj sensoru novietot jebkurā no 6 iespējamajām montāžas pozīcijām.

Inerciālā sensora sešas dažādas montāžas orientācijas ir parādītas, lai norādītu, ka tā sākuma orientācijai nav nozīmes.

Inerciālo sensoru vērtību nolasīšana: Ir noderīgi izmantot ierīces informācijas ekrānu V5 Brain, lai redzētu vērtības, ko atgriež inerciālais sensors. To var izdarīt ar sensoru, kas savienots ar smadzenēm, izmantojot:

Sākuma izvēlnē tiek parādīts ekrāns Brain, un tajā ir iezīmēta opcija Ierīces.

Noņemiet V5 Brain magnētisko ekrāna aizsargu, ieslēdziet Brain un pieskarieties ierīču ikonai.

Smadzeņu ekrāns ir redzams ierīces informācijas izvēlnē, kurā ir visu smadzeņu viedportu un pievienoto ierīču saraksts. Inerciālā sensora ikona ierīces informācijas izvēlnē ir iezīmēta, lai norādītu, ka vienumus var atlasīt, lai atvērtu to informācijas izvēlnes.

Ekrānā Device Info pieskarieties ikonai Inerciālais sensors.

Smadzeņu ekrāns tiek parādīts inerciālā sensora izvēlnē, kurā ir uzskaitīti sensora dati. Izvēlnē ir redzami sensora žiroskopisko vērtību dati katrai asij, akselerometra vērtības katrai asij, slīpums grādos, rotācija grādos un virziena dati grādos. Izvēlnē ir arī diagramma, kas vizualizē sensora orientāciju un kalibrēšanas statusu. Ir arī iezīmēta poga Kalibrēt.

Inerciālajā ekrānā pieskarieties rāmim Kalibrēt.

Pārvietojiet inerciālo sensoru uz priekšu un atpakaļ, no vienas puses uz otru, uz augšu un uz leju un pagrieziet to dažādos virzienos. Tam vajadzētu mainīt vērtības ekrānā un pagriezt 3-D kubu.

Inerciālā sensora parastie lietojumi:

Inerciālais sensors var veikt vairākus mērījumus, kurus var izmantot, lai mainītu robota uzvedību. Daži no tiem ietver:

Virziens: Ja inerciālais sensors tiek izmantots, lai pārvietotu robotu virzienā, tas pārvietosies uz fiksētu virzienu, atsaucoties uz punktu, kas tika noteikts, kad sensors tika kalibrēts. Citiem vārdiem sakot, ja robots ir iestatīts virzienā 90^o no sākuma pozīcijas, nav svarīgi, vai robota pašreizējais virziens ir 45^o vai 120^o, tas pagriezīsies. lai sasniegtu pozīciju 90^o.

Rotācijas apjoms: Atšķirībā no virziena vērtības, rotācijas apjoms liek robotam griezt noteiktu daudzumu no pašreizējās orientācijas. Šajā gadījumā, ja robots pagriežas par 90^o un pēc tam atkal pagriežas par 90^o , tas būs 180^o sākuma stāvoklī.

Rotācijas ātrums: Rotācijas ātrums ir tas, cik ātri robots griežas. Neatkarīgi no tā, vai robots griežas virzienā vai griežas par noteiktu summu, ātrums, ar kādu griežas piedziņas riteņi, noteiks, cik ātri robots griežas. Dažas mērvienības, ko izmanto, lai to mērītu, ir grādi sekundē (dps) un apgriezieni minūtē (apgr./min.).

Paātrinājums: Kā minēts iepriekš, inerciālais sensors var izmērīt paātrinājumu, cik ātri robots maina savu kustību pa asi. Interesanti, ka, kamēr robots ir nekustīgs, tā paātrinājums no sāniem uz sāniem un priekšējā un aizmugurējā virzienā būs 0 g, bet robota paātrinājums uz augšu un uz leju būs 1 g, jo Zemes gravitācija iedarbojas uz robotu 1 g lielu spēku.

Svārsts: Interesanta nodarbe klasē ir uzstādīt inerciālo sensoru pie gara konstrukcijas metāla gabala un pēc tam otru galu piestiprināt pie stacionāra torņa ar vārpstu vai pleca skrūvi, lai tas varētu šūpoties uz leju kā svārsts. Pēc tam pievienojiet garu viedo kabeli starp V5 smadzeņu/vadības sistēmu un sensoru. Ieprogrammējiet V5 Brain, lai drukātu sensora paātrinājuma vērtības Brain krāsainajā skārienekrānā. Lieciet skolēniem izpētīt, kā inerces sensora šūpošana svārsta galā maina sensora vērtības.

V5 Tumble Robot modelim ir plāns korpuss un četri riteņi, kas ļauj tam braukt gan ar labo pusi uz augšu, gan otrādi.

Veļas robots: Vēl viena jautra nodarbe klasē ir likt skolēniem salikt veļas robotu. Veļas robots ir izstrādāts tā, lai tas varētu braukt ar galvu uz leju, kā arī ar labo pusi uz augšu. Lieciet studentiem uzrakstīt lietotāja programmu, izmantojot inerciālo sensoru, lai pārvietotos pa ceļu. Pēc tam lieciet viņiem izpētīt, kā mainās robota uzvedība, kad tas brauc otrādi.

Inerciālā sensora izmantošana sacensību robotā:

Inerciālais sensors nodrošinās lielas konkurences priekšrocības sacensību robotiem. Daži no šiem lietojumiem ietver:

Navigācija: Papildus virzienu vai robota griešanās ātruma iestatīšanai, inerciālā sensora rādījumus var izmantot, lai ieprogrammētu robotu tā, lai tas virzītos taisnā līnijā pa noteiktu virzienu. Tas ir īpaši noderīgi spēles autonomajā daļā vai programmēšanas prasmju izpildes laikā. Turklāt, izmantojot augstākas pakāpes matemātiku, ir iespējams izmantot paātrinājuma vērtības, lai uzrakstītu funkciju, kas var noteikt robota pozīcijas maiņu.

Stabilitāte: Iespējams, viena no visbēdīgākajām lietām ir redzēt savu robotu izpleties uz spēles laukuma pēc tam, kad tas ir apgāzies. Inerciālo sensoru var izmantot gan operatora kontrolētos, gan autonomos periodos, lai noteiktu, vai robots sāk gāzties, un pēc tam lietotāja programma var likt robotam veikt automātisku koriģējošu darbību. Tas var notikt, kamēr robots brauc pilnībā izstiepts vai robots mēģina uzkāpt uz šķēršļa.

Neatkarīgi no tā, kādam lietojumam tiek izmantots VEX inerciālais sensors, nav šaubu, ka tas būs apsveicams papildinājums komandām. Sensora vērtību funkcija ir atvērta lietotāja iztēlei.

Inerciālais sensors ir pieejams VEX tīmekļa vietnē.