Beschrijving
De Inertial Sensor is een combinatie van een 3-assige (X, Y en Z) accelerometer en een 3-assige gyroscoop. De versnellingsmeter detecteert een bewegingsverandering (versnelling) in elke richting en de gyroscoop handhaaft elektronisch een referentiepositie zodat hij een rotatieverandering van positie in elke richting tegen deze referentie kan meten.
De combinatie van deze twee apparaten in één sensor maakt effectieve en nauwkeurige navigatie mogelijk en controleert elke verandering in de beweging van een robot. De detectie van een bewegingsverandering kan de kans helpen verkleinen dat een robot omvalt tijdens het rijden of terwijl hij over een obstakel klimt.
De behuizing van deze sensor heeft een enkel montagegat waardoor deze eenvoudig op de structuur van de robot kan worden gemonteerd. Bovendien bevindt zich vóór het montagegat een kleine inkeping die het referentiepunt van de sensor markeert. Aan de onderkant van de behuizing bevindt zich een ronde naaf die zo groot is dat hij in een vierkant gat van een stuk constructiemetaal kan worden gestoken. Hierdoor blijft de sensor op zijn bevestigingspunt gefixeerd. Aan de achterkant van de sensorbehuizing bevindt zich een V5 Smart Port.
| Referentiepunt van de sensor | Ronde knop aan de onderkant van de behuizing |
|---|---|
Er bevindt zich een diagram op de behuizing naast het montagegat dat de oriëntatie van de as voor de traagheidssensor aangeeft.
Om de traagheidssensor te laten functioneren met de V5 Brain, moeten de V5 Smart Port van de sensor en de Smart Port van een V5 Brain worden aangesloten met een V5 Smart Cable. De traagheidssensor werkt met elk van de 21 slimme poorten in de hersenen. Wanneer u een V5 Smart Cable op de poorten aansluit, zorg er dan voor dat de connector van de kabel volledig in de poort is gestoken en dat het vergrendelingslipje van de connector volledig vastzit.
| V5 traagheidssensor | Inertiële sensor slimme poort | V5 Brain Smart Port |
|---|---|---|
Hoe de traagheidssensor werkt
Zowel het versnellingsmetergedeelte als het gyroscoopgedeelte van deze sensor produceren een slimme signaalfeedback naar de V5 Brain.
Versnellingsmeter: De versnellingsmeter meet hoe snel de sensor zijn beweging verandert (versnelt) langs de X-as, de Y-as en/of de Z-as. Deze assen worden bepaald door de oriëntatie van de traagheidssensor. Eén oriëntatie kan bijvoorbeeld de X-as van een robot hebben als zijn voorwaartse en achterwaartse beweging, zijn Y-as als zijn beweging van links naar rechts, en zijn Z-as als zijn op en neer gaande beweging (zoals de robot die zichzelf optilt van het veld aan een ophangpaal).
De versnellingsmeter meet een bewegingsverandering wanneer de interne elektronica een verandering in de traagheid detecteert en dit zorgt voor een verandering in de aflezing. Hoe sneller de verandering in beweging, hoe meer de meting verandert. Opmerking: Dit kan een grotere positieve waarde of een grotere negatieve waarde zijn, afhankelijk van de richting van de beweging langs de as.
Versnelling wordt gemeten in g's (eenheid van zwaartekrachtversnelling). De maximale meetlimiet voor het versnellingsmetergedeelte van de traagheidssensor is maximaal 4 g. Dit is ruim voldoende om het meeste robotgedrag te meten en te controleren.
Gyroscoop: In plaats van de lineaire beweging langs de 3 assen te meten, meet de gyroscoop de rotatiebeweging rond de 3 assen. De sensor meet deze rotatie wanneer de interne elektronica een vast referentiepunt creëert. Terwijl de sensor van dit referentiepunt wegdraait, verandert het uitgangssignaal.
Het duurt een korte tijd voordat een gyroscoop zijn referentiepunt heeft vastgesteld (kalibratie). Dit wordt gewoonlijk de initialisatie- of opstarttijd genoemd. (Opmerking: het wordt aanbevolen om 2 seconden te gebruiken voor een kalibratietijd of om de kalibratie van de sensor te starten binnen het pre-automatische gedeelte van de wedstrijdsjabloon. Bij gebruik van de sensor binnen de VEXcode V5/VEXcode Pro V5 aandrijflijnfuncties is de kalibratie inbegrepen in de functie.)
Een elektronische gyroscoop heeft ook een maximale rotatiesnelheid. Dat wil zeggen, als het object dat de sensor meet sneller draait dan de gyroscoop zijn rotatie kan meten, zal de sensor onjuiste metingen retourneren. De maximale rotatiesnelheid voor de traagheidssensor bedraagt maximaal 1000 graden/seconde. Nogmaals, dit is meer dan genoeg om alle robotgedragingen, behalve extreem, te meten en te controleren.
| As gelabeld op traagheidssensor | 3 assen | 3 Rotatie-as |
|---|---|---|
De traagheidssensor moet worden gekoppeld aan een programmeertaal zoals V5of VEXcode Pro V5 om een gebruikersprogramma voor de V5 Brain te maken. Hiermee kan de sensor de metingen gebruiken om het gedrag van de robot te besturen.
De V5 Brain kan in combinatie met een gebruikersprogramma worden gebruikt om de metingen van de traagheidssensor om te zetten in vele metingen, waaronder: een koers, een hoeveelheid rotatie, een rotatiesnelheid, een oriëntatie en een hoeveelheid versnelling.
Plaatsing van de traagheidssensor
De plaatsing van de traagheidssensor is erg belangrijk voor nauwkeurige metingen. Zoals eerder vermeld, is het essentieel om de traagheidssensor uit te lijnen langs de as waarop de robot een bewegingsverandering zal ervaren. Deze uitlijning bepaalt hoe de sensor metingen uitvoert met betrekking tot de ruimtelijke oriëntatie van de robot. Met deze metingen kan het gebruikersprogramma het gedrag van de robot veranderen.
Er kan een geïsoleerd geval zijn waarin een traagheidssensor op het externe onderdeel van een robot wordt geplaatst, maar voor de meeste toepassingen wordt de sensor op het chassis van de aandrijflijn geplaatst.
De traagheidssensor past tijdens het kalibreren altijd zijn oriëntatie aan, zodat de rotatiemeting hetzelfde is. Hierdoor kan de sensor in elk van de 6 mogelijke montageposities worden geplaatst.
| Zes mogelijke montageposities voor de traagheidssensor |
Waarden van traagheidssensor aflezen: Het is handig om het scherm Apparaatinfo op de V5 Brain te gebruiken om de waarden te zien die de traagheidssensor retourneert. Dit kan gedaan worden met de sensor aangesloten op de Brain door:
Verwijder de V5 Brain Magnetic Screen Protector, schakel de Brain in en raak het Apparatenpictogram aan.
Raak het pictogram Traagheidssensor aan op het scherm Apparaatinfo.
Raak het kalibratieframe op het traagheidsscherm aan.
Beweeg de traagheidssensor naar voren en naar achteren, van links naar rechts, op en neer, en draai hem in verschillende richtingen. Dit zou de waarden op het scherm moeten veranderen en de 3D-kubus moeten roteren.
Veelvoorkomende toepassingen van de traagheidssensor:
De traagheidssensor kan verschillende metingen uitvoeren die kunnen worden gebruikt om het gedrag van de robot te veranderen. Sommige hiervan omvatten:
Koers: Wanneer de traagheidssensor wordt gebruikt om de robot naar een koers te verplaatsen, beweegt deze naar een vaste koers ten opzichte van een punt dat is vastgesteld toen de sensor werd gekalibreerd. Met andere woorden: als de robot vanuit zijn startpositie op een koers van 90o is ingesteld, maakt het niet uit of de robot een huidige koers van 45o of een koers van 120oheeft, hij zal draaien om een koers van 90ote bereiken.
Hoeveelheid rotatie: In tegenstelling tot de koerswaarde zorgt de hoeveelheid rotatie ervoor dat de robot een bepaalde hoeveelheid roteert vanuit zijn huidige oriëntatie. Als de robot in dit geval 90o draait en vervolgens weer 90o draait, bevindt hij zich op 180o naar zijn startpositie.
Rotatiesnelheid: De rotatiesnelheid is hoe snel de robot draait. Of de robot nu in een bepaalde richting draait of een tijdje draait, de snelheid waarmee de aandrijfwielen draaien, bepaalt hoe snel de robot draait. Enkele van de eenheden die worden gebruikt om dit te meten zijn graden per seconde (dps) en omwentelingen per minuut (rpm).
Versnelling: Zoals eerder vermeld kan de traagheidssensor de versnelling meten, hoe snel de robot zijn beweging langs een as verandert. Interessant is dat, terwijl de robot stilstaat, de versnelling van links naar rechts en van voren en naar achteren 0 g zal zijn, maar de op- en neerwaartse versnelling van de robot zal 1 g zijn omdat de zwaartekracht van de aarde 1 g kracht op de robot uitoefent.
Slinger: Een interessante activiteit in het klaslokaal is het monteren van een traagheidssensor op een lang stuk structureel metaal en het andere uiteinde vervolgens met een as of schouderschroef aan een stationaire toren bevestigen, zodat deze als een slinger naar beneden kan zwaaien. Sluit vervolgens een lange Smart Cable aan tussen een V5 Brain/Control System en de sensor. Programmeer de V5 Brain om de versnellingswaarden van de sensor af te drukken op het kleurenaanraakscherm van de Brain. Laat de leerlingen onderzoeken hoe het zwaaien van de traagheidssensor aan het uiteinde van de slinger de waarden van de sensor verandert.
| Tuimelrobot |
|---|
Tuimelrobot: Een andere leuke activiteit in de klas is om de leerlingen een Tuimelrobot in elkaar te laten zetten. Een Tumble Robot is ontworpen om zowel ondersteboven als met de goede kant naar boven te kunnen rijden. Laat de leerlingen een gebruikersprogramma schrijven met behulp van de traagheidssensor om een pad te navigeren. Laat ze vervolgens onderzoeken hoe het gedrag van de robot verandert als hij ondersteboven rijdt.
Toepassingen van de traagheidssensor op een wedstrijdrobot:
De traagheidssensor zal een groot concurrentievoordeel opleveren voor wedstrijdrobots. Sommige van deze toepassingen omvatten:
Navigatie: Naast het instellen van koersen of de hoeveelheid rotatie die de robot moet draaien, kunnen de metingen van de traagheidssensor worden gebruikt om de robot zo te programmeren dat deze in een rechte lijn langs een bepaalde koers beweegt. Dit is vooral handig tijdens het autonome gedeelte van een wedstrijd of tijdens een programmeervaardigheidsrun. Door gebruik te maken van hogere wiskunde is het ook mogelijk om de versnellingswaarden te gebruiken om een functie te schrijven die de positieverandering van de robot kan bepalen.
Stabiliteit: Misschien wel een van de meest ontmoedigende dingen is om je robot languit op het speelveld te zien liggen nadat hij is omgevallen. De traagheidssensor kan worden gebruikt tijdens zowel door de operator bestuurde als autonome perioden om te detecteren of de robot begint te kantelen. Vervolgens kan het gebruikersprogramma de robot een autocorrigerende actie laten ondernemen. Dit kan gebeuren terwijl de robot volledig uitgestrekt rijdt of terwijl de robot een obstakel probeert te beklimmen.
Ongeacht de toepassing waarvoor de VEX-inertiële sensor wordt gebruikt, is het ongetwijfeld een welkome aanvulling voor teams. De functie van de waarden van de sensor staat open voor de verbeelding van de gebruiker.
De traagheidssensor is beschikbaar op de VEX-website.