Описание
Инерциальный датчик представляет собой комбинацию 3-осевого (X, Y и Z) акселерометра и 3-осевого гироскопа. Акселерометр обнаружит изменение движения (ускорение) в любом направлении, а гироскоп в электронном виде поддерживает исходное положение, поэтому он может измерить вращательное изменение положения в любом направлении относительно этого опорного положения.
Объединение этих двух устройств в одном датчике позволяет обеспечить эффективную и точную навигацию, а также контролировать любые изменения в движении робота. Обнаружение изменения в движении может помочь снизить вероятность падения робота во время вождения или преодоления препятствия.
Корпус этого датчика имеет одно монтажное отверстие, что позволяет легко закрепить его на конструкции робота. Кроме того, перед монтажным отверстием имеется небольшое углубление, обозначающее опорную точку датчика. В нижней части корпуса имеется круглый выступ, размер которого позволяет вставить его в квадратное отверстие куска металлоконструкции. Это закрепит датчик в точке крепления. На задней стороне корпуса датчика находится интеллектуальный порт V5.
| Опорная точка датчика | Круглый выступ на нижней части корпуса |
|---|---|
На корпусе рядом с монтажным отверстием имеется схема, которая указывает ориентацию оси инерционного датчика.
Чтобы инерционный датчик мог работать с V5 Brain, интеллектуальный порт V5 датчика и интеллектуальный порт V5 Brain необходимо соединить с помощью интеллектуального кабеля V5. Инерционный датчик будет работать с любым из 21 интеллектуального порта головного мозга. При подключении смарт-кабеля V5 к портам убедитесь, что разъем кабеля полностью вставлен в порт, а фиксирующий язычок разъема полностью зафиксирован.
| Инерциальный датчик V5 | Интеллектуальный порт инерциального датчика | V5 Brain Smart Port |
|---|---|---|
Как работает инерциальный датчик
И акселерометр, и гироскоп этого датчика передают интеллектуальный сигнал обратной связи в V5 Brain.
Акселерометр: Акселерометр измеряет, насколько быстро датчик меняет свое движение (ускоряется) по оси X, оси Y и/или оси Z. Эти оси определяются ориентацией инерционного датчика. Например, одна ориентация может включать ось X робота как движение вперед и назад, ось Y как движение из стороны в сторону, а ось Z как движение вверх и вниз (например, когда робот поднимается с высоты). поле на подвесном столбе).
Акселерометр измеряет изменение движения, когда его внутренняя электроника обнаруживает изменение инерции, и это вызывает изменение его показаний. Чем быстрее изменение в движении, тем больше изменяются показания. Примечание. Это может быть большее положительное значение или большее отрицательное значение в зависимости от направления движения вдоль оси.
Ускорение измеряется в g (единица гравитационного ускорения). Максимальный предел измерения акселерометра инерционного датчика составляет до 4g. Этого более чем достаточно для измерения и контроля поведения большинства роботов.
Гироскоп: Гироскоп вместо измерения линейного движения вдоль оси 3 измеряет вращательное движение вокруг оси 3. Датчик измеряет это вращение, когда внутренняя электроника создает фиксированную точку отсчета. По мере того как датчик поворачивается от этой контрольной точки, он меняет выходной сигнал.
Гироскопу требуется небольшой промежуток времени, чтобы установить опорную точку (калибровку). Обычно это называется временем инициализации или запуска. (Примечание: рекомендуется использовать время калибровки в 2 секунды или начинать калибровку датчика в предавтоматической части шаблона соревнований. При использовании датчика в функциях трансмиссии VEXcode V5/VEXcode Pro V5 калибровка включена в эту функцию.)
Электронный гироскоп также имеет максимальную скорость вращения. То есть, если объект, который измеряет датчик, вращается быстрее, чем гироскоп может измерить его вращение, датчик вернет неверные показания. Максимальная скорость вращения инерционного датчика составляет до 1000 градусов/секунду. Опять же, этого более чем достаточно для измерения и контроля любого поведения роботов, кроме экстремального.
| Ось обозначена на инерционном датчике | 3 оси | 3 оси вращения |
|---|---|---|
Инерционный датчик необходимо соединить с языком программирования, напримерVEXcode Pro V5, чтобы создать пользовательскую программу для V5 Brain и использовать показания датчика для управления поведением робота.
V5 Brain совместно с пользовательской программой можно использовать для преобразования показаний инерционного датчика во множество измерений, включая: курс, величину вращения, скорость вращения, ориентацию и величину ускорения.
Размещение инерциального датчика
Размещение инерционного датчика очень важно для получения точных показаний. Как упоминалось ранее, важно выровнять инерционный датчик вдоль оси, по которой робот будет испытывать изменение в движении. Это выравнивание определяет, как датчик производит измерения в зависимости от пространственной ориентации робота. Эти измерения позволяют пользовательской программе изменять поведение робота.
В единичном случае инерционный датчик может быть установлен на внешнем компоненте робота, но в большинстве случаев датчик будет размещен на шасси трансмиссии.
Инерционный датчик всегда корректирует свою ориентацию во время калибровки, чтобы измерение вращения было одинаковым. Это позволяет разместить датчик в любом из 6 возможных монтажных положений.
| Шесть возможных положений установки инерционного датчика |
Чтение значений инерционного датчика: Полезно использовать экран «Информация об устройстве» на V5 Brain, чтобы увидеть значения, возвращаемые инерционным датчиком. Это можно сделать с помощью датчика, подключенного к мозгу, следующим образом:
Снимите магнитную защитную пленку V5 Brain, включите Brain и коснитесь значка устройств.
Коснитесь значка инерционного датчика на экране информации об устройстве.
Коснитесь рамки «Калибровка» на инерционном экране.
Перемещайте инерционный датчик вперед и назад, из стороны в сторону, вверх и вниз и вращайте его в разных направлениях. Это должно изменить значения на экране и повернуть трехмерный куб.
Распространенные варианты использования инерциального датчика:
Инерционный датчик может производить несколько измерений, которые можно использовать для изменения поведения робота. Некоторые из них включают в себя:
Курс: Когда инерционный датчик используется для перемещения робота по курсу, он будет двигаться по фиксированному курсу относительно точки, которая установлена при калибровке датчика. Другими словами, если робот настроен на курс 90o от его исходной позиции, не имеет значения, имеет ли робот текущий курс 45o или курс 120o, он повернется чтобы достичь заголовка 90o.
Величина вращения: В отличие от значения направления, величина вращения заставляет робота поворачиваться на определенную величину от своей текущей ориентации. В этом случае, если робот повернется на 90o , а затем снова повернется на 90o , он окажется на 180o в исходном положении.
Скорость вращения: Скорость вращения — это скорость вращения робота. Независимо от того, поворачивает ли робот по курсу или вращается на определенную величину, скорость вращения ведущих колес будет определять, насколько быстро робот поворачивает. Некоторыми единицами измерения этого показателя являются градусы в секунду (дпс) и обороты в минуту (об/мин).
Ускорение: Как упоминалось ранее, инерционный датчик может измерять ускорение, насколько быстро робот меняет свое движение вдоль оси. Интересно, что пока робот неподвижен, его ускорение из стороны в сторону, а также вперед и назад будет равно 0g, но ускорение робота вверх и вниз будет равно 1g, поскольку гравитация Земли оказывает на робота силу 1g.
Маятник: Интересное занятие в классе — закрепить инерционный датчик на длинном куске металлической конструкции, а затем прикрепить другой конец к неподвижной башне с помощью вала или винта с буртиком, чтобы он мог качаться вниз, как маятник. Затем прикрепите длинный интеллектуальный кабель между мозговой системой/системой управления V5 и датчиком. Запрограммируйте V5 Brain для печати значений ускорения датчика на цветном сенсорном экране Brain. Предложите учащимся изучить, как поворот датчика инерции на конце маятника меняет значения датчика.
| Кувыркающийся робот |
|---|
Tumble Robot: Еще одно интересное занятие в классе — предложить учащимся собрать Tumble Robot. Кувыркающийся робот сконструирован таким образом, чтобы иметь возможность передвигаться как вверх ногами, так и вправо. Предложите учащимся написать пользовательскую программу, использующую инерциальный датчик для навигации по маршруту. Затем предложите им изучить, как меняется поведение робота, когда он движется вверх ногами.
Использование инерционного датчика на соревновательном роботе:
Инерционный датчик обеспечит большое конкурентное преимущество для соревновательных роботов. Некоторые из этих применений включают в себя:
Навигация: Помимо установки курса или угла поворота робота, показания инерционного датчика можно использовать для программирования робота так, чтобы он двигался по прямой линии вдоль заданного курса. Это особенно полезно во время автономной части матча или во время прохождения навыков программирования. Кроме того, благодаря использованию некоторой математики более высокого порядка можно использовать значения ускорения для написания функции, которая может определять изменение положения робота.
Стабильность: Пожалуй, одна из самых неприятных вещей — это видеть своего робота, растянувшегося на игровом поле после того, как он опрокинулся. Инерционный датчик можно использовать как в периоды, контролируемые оператором, так и в автономном режиме, чтобы определить, начинает ли робот опрокидываться, а затем пользовательская программа может заставить робота выполнить автокорректирующее действие. Это может произойти, когда робот движется полностью выдвинутым вперед или когда робот пытается преодолеть препятствие.
Независимо от того, для какой цели будет использоваться инерциальный датчик VEX, нет сомнений, что он станет желанным дополнением для команд. Функции значений датчика открыты для воображения пользователя.
Инерциальный датчик доступен на сайте VEX.