Usando o sensor inercial V5

Descrição

O Sensor Inercial VEX V5 é uma combinação de um acelerômetro de 3 eixos (X, Y e Z) e um giroscópio de 3 eixos. O acelerômetro detectará uma mudança no movimento (aceleração) em qualquer direção e o giroscópio mantém eletronicamente uma posição de referência para que possa medir uma mudança rotacional de posição em qualquer direção em relação a esta referência.

A combinação destes dois dispositivos em um sensor permite uma navegação eficaz e precisa, bem como controlar qualquer alteração no movimento de um robô. A detecção de uma mudança no movimento pode ajudar a diminuir a chance de um robô cair enquanto estiver dirigindo ou escalando um obstáculo.

A carcaça deste sensor possui um único orifício de montagem que permite sua fácil montagem na estrutura do robô. Além disso, existe um pequeno recuo na frente do orifício de montagem que marca o ponto de referência do sensor. Na parte inferior da caixa há uma saliência redonda dimensionada para ser inserida em um orifício quadrado de uma peça de metal estrutural. Isso manterá o sensor fixo em seu ponto de fixação. Na parte traseira da caixa do sensor há uma porta inteligente V5.

Ponto de referência do sensor	Saliência redonda na parte inferior da caixa

Há um diagrama na caixa próximo ao orifício de montagem que indica a orientação do eixo do Sensor Inercial.

Para que o sensor inercial funcione com o V5 Brain, a porta inteligente V5 do sensor e a porta inteligente do cérebro V5 precisam ser conectadas com um cabo inteligente V5. O Sensor Inercial funcionará com qualquer uma das 21 Portas Inteligentes do Cérebro. Ao conectar um cabo inteligente V5 às portas, certifique-se de que o conector do cabo esteja totalmente inserido na porta e que a guia de travamento do conector esteja totalmente encaixada.

Sensor interno V5	Porta inteligente do sensor inercial	Porta Inteligente Cérebro V5

Como funciona o sensor inercial

Tanto a parte do acelerômetro quanto a parte do giroscópio deste sensor produzem um feedback de sinal inteligente para o V5 Brain.

Acelerômetro: O acelerômetro mede a rapidez com que o sensor muda seu movimento (acelera) ao longo do eixo X, eixo Y e/ou eixo Z. Esses eixos são determinados pela orientação do sensor inercial. Por exemplo, uma orientação poderia ter o eixo X de um robô como seu movimento para frente e para trás, seu eixo Y como seu movimento lateral e seu eixo Z como seu movimento para cima e para baixo (como o robô levantando-se de o campo em um poste de suspensão).

O acelerômetro mede uma mudança no movimento quando seus componentes eletrônicos internos detectam uma mudança na inércia e isso cria uma mudança na sua leitura. Quanto mais rápida a mudança no movimento, mais a leitura muda. Nota: Este pode ser um valor positivo maior ou um valor negativo maior dependendo da direção do movimento ao longo do eixo.

A aceleração é medida em g's (unidade de aceleração gravitacional). O limite máximo de medição para a parte do acelerômetro do Sensor Inercial é de até 4g. Isso é mais que suficiente para medir e controlar a maioria dos comportamentos dos robôs.

Giroscópio: O giroscópio, em vez de medir o movimento linear ao longo do eixo 3, mede o movimento rotacional em torno do eixo 3. O sensor mede esta rotação quando a eletrônica interna cria um ponto de referência fixo. À medida que o sensor gira para longe deste ponto de referência, o sinal de saída muda.

Leva um curto período de tempo para um giroscópio estabelecer seu ponto de referência (calibração). Isso é comumente chamado de inicialização ou tempo de inicialização. (Nota: Recomenda-se usar 2 segundos para um tempo de calibração ou iniciar a calibração do sensor na parte pré-automática do modelo de competição. Ao usar o sensor nas funções do sistema de transmissão VEXcode V5/VEXcode Pro V5, a calibração está incluída na função.)

Um giroscópio eletrônico também possui uma taxa máxima de rotação. Ou seja, se o objeto que o sensor está medindo estiver girando mais rápido do que o giroscópio pode medir sua rotação, o sensor retornará leituras incorretas. A taxa de rotação máxima do Sensor Inercial é de até 1.000 graus/segundo. Mais uma vez, isso é mais que suficiente para medir e controlar todos os comportamentos extremos dos robôs.

Eixo rotulado no sensor inercial	3 eixos	3 Eixo Rotacional

O Sensor Inercial precisa ser emparelhado com uma linguagem de programação como VEXcode V5ou VEXcode Pro V5 para criar um programa de usuário para o V5 Brain utilizar as leituras do sensor para controlar o comportamento do robô.

O V5 Brain em conjunto com um programa do usuário pode ser usado para converter as leituras do Sensor Inercial em muitas medições, incluindo: um rumo, uma quantidade de rotação, uma taxa de rotação, uma orientação e uma quantidade de aceleração.

Colocação do Sensor Inercial

A colocação do Sensor Inercial é muito importante para suas leituras precisas. Conforme mencionado anteriormente, é essencial alinhar o Sensor Inercial ao longo do eixo em que o robô sofrerá uma mudança de movimento. Este alinhamento determina como o sensor produz medições em referência à orientação espacial do robô. Estas medições permitem que o programa do usuário altere o comportamento do robô.

Pode haver um caso isolado em que um sensor inercial será colocado no componente externo de um robô, mas para a maioria das aplicações, o sensor será colocado no chassi do trem de força.

O Sensor Inercial sempre ajusta sua orientação quando é calibrado para que a medição rotacional seja a mesma. Isto permite que o sensor seja colocado em qualquer uma das 6 posições de montagem possíveis.

Seis posições de montagem possíveis para o Sensor Inercial

Leitura dos valores do sensor inercial: É útil usar a tela Informações do dispositivo no V5 Brain para ver os valores que o sensor inercial está retornando. Isso pode ser feito com o sensor conectado ao Cérebro:

Mova o sensor inercial para frente e para trás, de um lado para o outro, para cima e para baixo e gire-o em diferentes direções. Isso deve alterar os valores na tela e girar o cubo 3D.

Usos comuns do sensor inercial:

O Sensor Inercial pode produzir diversas medições que podem ser utilizadas para alterar o comportamento do robô. Alguns deles incluem:

Rumo: Quando o sensor inercial é usado para mover o robô para um rumo, ele se moverá para um rumo fixo em referência a um ponto que é estabelecido quando o sensor foi calibrado. Em outras palavras, se o robô estiver definido para um rumo de 90^o a partir de sua posição inicial, não importa se o robô tem um rumo atual de 45^o ou um rumo de 120^o, ele irá virar para atingir um rumo de 90^o.

Quantidade de rotação: Ao contrário do valor do rumo, a quantidade de rotação faz com que o robô gire um certo valor a partir de sua orientação atual. Neste caso, se o robô girar 90^o e depois girar 90^o novamente, ele estará a 180^o em relação à sua posição inicial.

Taxa de rotação: A taxa de rotação é a rapidez com que o robô gira. Esteja o robô girando em uma direção ou girando em uma determinada distância, a velocidade na qual as rodas motrizes estão girando determinará a rapidez com que o robô gira. Algumas das unidades usadas para medir isso são graus por segundo (dps) e revoluções por minuto (rpm).

Aceleração: Como mencionado anteriormente, o Sensor Inercial pode medir a aceleração, a rapidez com que o robô muda seu movimento ao longo de um eixo. Curiosamente, enquanto o robô estiver parado, sua aceleração lateral e frontal e traseira será 0g, mas a aceleração para cima e para baixo do robô será 1g porque a gravidade da Terra está exercendo 1g de força no robô.

Pêndulo: Uma atividade interessante em sala de aula é montar um Sensor Inercial em uma longa peça de metal estrutural e depois prender a outra extremidade a uma torre estacionária com um eixo ou parafuso de ombro para que ele possa balançar para baixo como um pêndulo. Em seguida, conecte um cabo inteligente longo entre um sistema cerebral/controle V5 e o sensor. Programe o V5 Brain para imprimir os valores de aceleração do sensor na tela colorida sensível ao toque do Brain. Peça aos alunos que explorem como balançar o Sensor de Inércia na extremidade do pêndulo altera os valores do sensor.

Usos do Sensor Inercial em um Robô de Competição:

O Sensor Inercial proporcionará uma grande vantagem competitiva para robôs de competição. Alguns desses usos incluem:

Navegação: Além de definir rumos ou a quantidade de rotação para o robô girar, as leituras do Sensor Inercial podem ser usadas para programar o robô para que ele se desloque em linha reta ao longo de um determinado rumo. Isso é especialmente útil durante a parte autônoma de uma partida ou durante uma execução de Habilidades de Programação. Além disso, através do uso de matemática de ordem superior, é possível usar os valores de aceleração para escrever uma função que pode determinar a mudança de posição do robô.

Estabilidade: Talvez uma das coisas mais desanimadoras seja ver seu robô esparramado no campo de jogo depois de tombar. O Sensor Inercial pode ser usado durante períodos controlados pelo operador e autônomos para detectar se o robô está começando a tombar e então o programa do usuário pode fazer com que o robô execute uma ação autocorretiva. Isso pode ocorrer enquanto o robô está se movendo totalmente estendido ou enquanto tenta escalar um obstáculo.

Não importa para qual aplicação o Sensor Inercial VEX V5 seja usado, não há dúvida de que será uma adição bem-vinda para as equipes. A função dos valores do sensor está aberta à imaginação do usuário.

O Sensor Inercial V5 está disponível no site VEX.