Korzystanie z czujnika bezwładnościowego V5

Opis

Czujnik bezwładnościowy VEX V5 to połączenie 3-osiowego akcelerometru (X, Y i Z) oraz Żyroskop 3-osiowy. Akcelerometr wykryje zmianę ruchu (przyspieszenie) w dowolnym kierunku, a żyroskop elektronicznie utrzymuje pozycję odniesienia, dzięki czemu może mierzyć obrotową zmianę pozycji w dowolnym kierunku w stosunku do tego odniesienia.

Połączenie tych dwóch urządzeń w jednym czujniku pozwala na efektywną i dokładną nawigację, a także kontrolowanie dowolnej zmiany ruchu robota. Wykrycie zmiany ruchu może pomóc zmniejszyć ryzyko przewrócenia się robota podczas jazdy lub podczas wspinania się na przeszkodę.

Obudowa tego czujnika posiada pojedynczy otwór montażowy, co pozwala na jego łatwy montaż do konstrukcji robota. Dodatkowo przed otworem montażowym znajduje się małe wgłębienie, które wyznacza punkt odniesienia czujnika. W dolnej części obudowy znajduje się okrągły występ, który ma wymiary odpowiednie do włożenia w kwadratowy otwór w kawałku metalu konstrukcyjnego. Dzięki temu czujnik będzie przymocowany do punktu mocowania. Z tyłu obudowy czujnika znajduje się inteligentny port V5.

Punkt odniesienia czujnika Okrągły występ na dole obudowy

sensorreferencepoint.png

roundbossonbottom.png

Na obudowie obok otworu montażowego znajduje się schemat, który wskazuje orientację osi czujnika bezwładnościowego.

Aby czujnik bezwładnościowy działał z V5 Brain, inteligentny port V5 czujnika i inteligentny port V5 Brain muszą być połączone za pomocą inteligentnego kabla V5. Czujnik bezwładnościowy będzie działał z dowolnym z 21 inteligentnych portów w mózgu. Podłączając inteligentny kabel V5 do portów, upewnij się, że złącze kabla jest całkowicie włożone do portu, a zatrzask blokujący złącza jest całkowicie zatrzaśnięty.

Czujnik wewnętrzny V5 Inteligentny port czujnika bezwładnościowego Inteligentny port mózgu V5

v5_inertial_sensor.png

czujnik inercyjnysmartport.png

v5brainsmartport.png

Jak działa czujnik bezwładnościowy

Zarówno część akcelerometru, jak i część żyroskopowa tego czujnika wytwarzają inteligentne sprzężenie zwrotne sygnału do mózgu V5.

Akcelerometr: Akcelerometr mierzy, jak szybko czujnik zmienia swój ruch (przyspiesza) wzdłuż osi X, Y- oś i/lub oś Z. Osie te są określone przez orientację czujnika bezwładnościowego. Na przykład jedna orientacja może mieć oś X robota jako ruch do przodu i do tyłu, oś Y jako ruch z boku na bok, a oś Z jako ruch w górę i w dół (np. pole na słupie zawieszenia).

Akcelerometr mierzy zmianę ruchu, gdy jego wewnętrzna elektronika wykryje zmianę bezwładności, co powoduje zmianę odczytu. Im szybsza zmiana ruchu, tym bardziej zmienia się odczyt. Uwaga: Może to być większa wartość dodatnia lub większa wartość ujemna w zależności od kierunku ruchu wzdłuż osi.

Przyspieszenie mierzone jest w g (jednostka przyspieszenia grawitacyjnego). Maksymalny limit pomiaru części akcelerometru czujnika bezwładnościowego wynosi do 4g. To więcej niż potrzeba, aby mierzyć i kontrolować większość zachowań robotów.

Żyroskop: Żyroskop zamiast mierzyć ruch liniowy wzdłuż 3 osi, mierzy ruch obrotowy wokół 3 osi. Czujnik mierzy ten obrót, gdy wewnętrzna elektronika tworzy stały punkt odniesienia. Gdy czujnik oddala się od tego punktu odniesienia, zmienia sygnał wyjściowy.

Ustalenie punktu odniesienia (kalibracja) zajmuje żyroskopowi krótki czas. Jest to powszechnie nazywane czasem inicjalizacji lub uruchamiania. (Uwaga: Zaleca się użycie 2 sekund na czas kalibracji lub rozpoczęcie kalibracji czujnika w części szablonu zawodów przed automowaniem. W przypadku korzystania z czujnika w ramach funkcji układu napędowego VEXcode V5/VEXcode Pro V5 kalibracja jest zawarta w funkcji.)

Żyroskop elektroniczny ma również maksymalną prędkość obrotową. Oznacza to, że jeśli obiekt mierzony przez czujnik obraca się szybciej niż żyroskop może zmierzyć jego obrót, czujnik zwróci nieprawidłowe odczyty. Maksymalna prędkość obrotu czujnika bezwładnościowego wynosi do 1000 stopni na sekundę. Po raz kolejny jest to więcej niż wystarczające do mierzenia i kontrolowania wszystkich poza ekstremalnymi zachowaniami robotów.

Oś oznaczona na czujniku bezwładnościowym 3 osie 3 oś obrotowa

oślabeledonertial.png

3osi.jpg

3osia rotacyjna.jpg

Aby utworzyć użytkownika, czujnik bezwładnościowy należy sparować z językiem programowania, takim jak VEXcode V5lub VEXcode Pro V5 program dla Mózgu V5 do wykorzystania odczytów czujnika do kontrolowania zachowania robota.

Mózg V5 we współpracy z programem użytkownika może być użyty do konwersji odczytów czujnika bezwładnościowego na wiele pomiarów, w tym: kierunek, wielkość obrotu, prędkość obrotu, orientację i wielkość przyspieszenia.

Umieszczenie czujnika bezwładnościowego

Umieszczenie czujnika bezwładnościowego jest bardzo ważne dla jego dokładnych odczytów. Jak wspomniano wcześniej, konieczne jest ustawienie czujnika bezwładnościowego wzdłuż osi, w której robot będzie doświadczał zmiany ruchu. To ustawienie określa sposób, w jaki czujnik wykonuje pomiary w odniesieniu do orientacji przestrzennej robota. Pomiary te umożliwiają programowi użytkownika zmianę zachowania robota.

Może istnieć odosobniony przypadek, w którym czujnik bezwładności zostanie umieszczony na zewnętrznym elemencie robota, ale w większości zastosowań czujnik zostanie umieszczony na podwoziu układu napędowego.

Czujnik bezwładnościowy zawsze dostosowuje swoją orientację podczas kalibracji, dzięki czemu pomiar obrotów jest taki sam. Pozwala to na umieszczenie czujnika w dowolnej z 6 możliwych pozycji montażowych.

Sześć możliwych pozycji montażowych czujnika bezwładnościowego

Acrobat_2020-07-02_16-41-16.png


Odczytywanie wartości czujnika bezwładności: Pomocne jest użycie ekranu Informacje o urządzeniu w mózgu V5, aby zobaczyć wartości czujnika bezwładności Czujnik powraca. Można to zrobić za pomocą czujnika podłączonego do Brain poprzez:

v5brainmagnetic.png

Usuń magnetyczne zabezpieczenie ekranu V5 Brain, włącz Brain i dotknij ikony urządzeń.

inertialsensoricon.png

Dotknij ikony czujnika bezwładnościowego na ekranie Informacje o urządzeniu.

kalibrujframeontheinertial.png

Dotknij ramki Kalibruj na ekranie bezwładnościowym.

Przesuwaj czujnik bezwładnościowy do przodu i do tyłu, na boki, w górę iw dół oraz obracaj go w różnych kierunkach. Powinno to zmienić wartości na ekranie i obrócić kostkę 3D.

Typowe zastosowania czujnika bezwładnościowego:

Czujnik bezwładnościowy może wykonać kilka pomiarów, które można wykorzystać do zmiany zachowania robota. Niektóre z nich to:

Nagłówek: Gdy czujnik bezwładności zostanie użyty do przesunięcia robota do nagłówka, przesunie się on do ustalonego nagłówka w odniesienie do punktu ustalonego podczas kalibracji czujnika. Innymi słowy, jeśli robot jest ustawiony na nagłówek 90lub od swojej pozycji początkowej, nie ma to znaczenia czy robot ma aktualny nagłówek 45czy czy nagłówek 120o, obróci się, aby osiągnąć nagłówek 90o.

Wielkość obrotu: W przeciwieństwie do wartości nagłówka, wielkość obrotu powoduje, że robot obraca się o określoną wartość od swojej bieżącej orientacji . W tym przypadku, jeśli robot obróci się o 90o , a następnie obróci się o 90o ponownie, będzie to 180o do pozycji wyjściowej.

Szybkość rotacji: Szybkość rotacji to szybkość, z jaką robot się obraca. Niezależnie od tego, czy robot skręca w kierunku, czy obraca się o określoną wartość, prędkość, z jaką obracają się koła napędowe, określa, jak szybko robot się obraca. Niektóre z jednostek używanych do pomiaru to stopnie na sekundę (dps) i obroty na minutę (rpm).

Przyspieszenie: Jak wspomniano wcześniej, czujnik bezwładności może mierzyć przyspieszenie, jak szybko robot zmienia swój ruch wzdłuż osi. Co ciekawe, gdy robot jest nieruchomy, jego przyspieszenie na boki i przód i tył wyniesie 0 g, ale przyspieszenie robota w górę iw dół wyniesie 1 g, ponieważ grawitacja Ziemi wywiera na robota 1 g siły.

Wahadło: Ciekawym zajęciem w klasie jest zamontowanie czujnika bezwładnościowego na długim kawałku metalu konstrukcyjnego, a następnie przymocowanie drugiego koniec do stacjonarnej wieży z wałem lub śrubą pasowaną, aby mogła kołysać się jak wahadło. Następnie podłącz długi inteligentny kabel między systemem Brain/Control V5 a czujnikiem. Zaprogramuj Mózg V5, aby drukował wartości przyspieszenia czujnika na kolorowym ekranie dotykowym Mózgu. Poproś uczniów, aby zbadali, w jaki sposób kołysanie czujnika bezwładności na końcu wahadła zmienia wartości czujnika.

Upadek robota

robot.png

Tumble Robot: Inną zabawną czynnością w klasie jest złożenie przez uczniów Tumble Robota. Robot Tumble został zaprojektowany tak, aby mógł jeździć do góry nogami, a także prawą stroną do góry. Poproś uczniów, aby napisali program użytkownika za pomocą czujnika bezwładnościowego do nawigacji po ścieżce. Następnie niech zbadają, jak zmienia się zachowanie robota, gdy jedzie do góry nogami.

Zastosowania czujnika bezwładnościowego w robocie wyczynowym:

Czujnik bezwładnościowy zapewni dużą przewagę konkurencyjną robotom wyczynowym. Niektóre z tych zastosowań obejmują:

Nawigacja: Oprócz ustawiania nagłówków lub wielkości obrotu robota do skrętu, odczyty czujnika bezwładnościowego mogą być służy do zaprogramowania robota tak, aby poruszał się w linii prostej wzdłuż danego kursu. Jest to szczególnie przydatne podczas autonomicznej części meczu lub podczas biegu umiejętności programowania. Ponadto, dzięki zastosowaniu matematyki wyższego rzędu, możliwe jest wykorzystanie wartości przyspieszenia do napisania funkcji, która może określić zmianę położenia robota.

Stabilność: Być może jedną z najbardziej przygnębiających rzeczy jest widok robota rozciągniętego na boisku po jego przechyleniu nad. Czujnika bezwładnościowego można używać zarówno w okresach kontrolowanych przez operatora, jak i autonomicznych, aby wykryć, czy robot zaczyna się przechylać, a następnie program użytkownika może sprawić, że robot podejmie autokorektę. Może to mieć miejsce, gdy robot jedzie całkowicie wysunięty lub gdy robot próbuje wspiąć się na przeszkodę.

Bez względu na zastosowanie czujnika bezwładnościowego VEX V5, bez wątpienia będzie to mile widziany dodatek dla zespołów. Funkcje wartości czujnika są otwarte na wyobraźnię użytkownika.

Czujnik bezwładnościowy V5 jest dostępny w witrynie VEX.

For more information, help, and tips, check out the many resources at VEX Professional Development Plus

Last Updated: