การใช้เซ็นเซอร์เฉื่อยกับ VEX V5

คำอธิบาย

เซ็นเซอร์เฉื่อย เป็นการผสมผสานระหว่างเครื่องวัดความเร่ง 3 แกน (X, Y และ Z) และไจโรสโคป 3 แกน มาตรความเร่งจะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนไหว (ความเร่ง) ในทิศทางใดๆ และไจโรสโคปจะรักษาตำแหน่งอ้างอิงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งการหมุนในทิศทางใดๆ ที่ขัดแย้งกับการอ้างอิงนี้

การรวมกันของอุปกรณ์ทั้งสองนี้ในเซ็นเซอร์ตัวเดียวช่วยให้การนำทางมีประสิทธิภาพและแม่นยำ ตลอดจนควบคุมการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ การตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนไหวสามารถช่วยลดโอกาสที่หุ่นยนต์จะล้มลงขณะขับรถหรือขณะกำลังปีนข้ามสิ่งกีดขวาง

ตัวเรือนของเซนเซอร์นี้มีรูสำหรับติดตั้งเพียงรูเดียวซึ่งช่วยให้สามารถติดตั้งเข้ากับโครงสร้างของหุ่นยนต์ได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ ยังมีการเยื้องเล็กๆ ที่ด้านหน้ารูยึดซึ่งถือเป็นจุดอ้างอิงของเซนเซอร์ ที่ด้านล่างของตัวเรือนจะมีปุ่มกลมซึ่งมีขนาดสำหรับสอดเข้าไปในรูสี่เหลี่ยมของชิ้นส่วนโลหะโครงสร้าง ซึ่งจะทำให้เซ็นเซอร์จับจ้องไปที่จุดเชื่อมต่อ ที่ด้านหลังของตัวเรือนเซ็นเซอร์คือ V5 Smart Port

จุดอ้างอิงของเซ็นเซอร์	บอสกลมที่ด้านล่างของตัวเรือน

มีแผนภาพบนตัวเรือนถัดจากรูยึดซึ่งระบุการวางแนวของแกนสำหรับเซ็นเซอร์เฉื่อย

เพื่อให้เซ็นเซอร์เฉื่อยทำงานร่วมกับ V5 Brain ได้ จะต้องเชื่อมต่อพอร์ตอัจฉริยะ V5 ของเซ็นเซอร์และพอร์ตอัจฉริยะของสมอง V5 ด้วยสายเคเบิลอัจฉริยะ V5 เซ็นเซอร์เฉื่อยจะทำงานร่วมกับพอร์ตอัจฉริยะ 21 พอร์ตใดก็ได้บนสมอง เมื่อเชื่อมต่อสายเคเบิลอัจฉริยะ V5 เข้ากับพอร์ต ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วต่อของสายเคเบิลเสียบเข้ากับพอร์ตจนสุดแล้ว และแถบล็อคของตัวเชื่อมต่อเข้าที่แน่นแล้ว

เซ็นเซอร์เฉื่อย V5	พอร์ตอัจฉริยะเซ็นเซอร์เฉื่อย	วี5 เบรน สมาร์ท พอร์ต

เซ็นเซอร์เฉื่อยทำงานอย่างไร

ทั้งส่วนของมาตรความเร่งและไจโรสโคปของเซนเซอร์นี้จะสร้างสัญญาณตอบรับอัจฉริยะไปยังสมอง V5

มาตรความเร่ง: มาตรความเร่งจะวัดความเร็วที่เซ็นเซอร์เปลี่ยนการเคลื่อนไหว (เร่งความเร็ว) ตามแนวแกน X แกน Y และ/หรือแกน Z แกนเหล่านี้ถูกกำหนดโดยการวางแนวของเซ็นเซอร์เฉื่อย ตัวอย่างเช่น การวางแนวหนึ่งอาจมีแกน X ของหุ่นยนต์เป็นการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและข้างหลัง แกน Y เป็นการเคลื่อนที่จากด้านหนึ่งไปอีกด้าน และแกน Z เป็นการเคลื่อนที่ขึ้นและลง (เช่น หุ่นยนต์ยกตัวเองขึ้น สนามบนเสาแขวน)

มาตรความเร่งจะวัดการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่เมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของความเฉื่อย และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการอ่าน ยิ่งการเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าใดการอ่านก็จะเปลี่ยนแปลงมากขึ้นเท่านั้น หมายเหตุ: นี่อาจเป็นค่าบวกที่มากกว่าหรือค่าลบที่มากกว่า ขึ้นอยู่กับทิศทางของการเคลื่อนที่ตามแนวแกน

ความเร่งวัดเป็น g's (หน่วยความเร่งโน้มถ่วง) ขีดจำกัดการวัดสูงสุดสำหรับส่วนมาตรความเร่งของเซนเซอร์เฉื่อยคือไม่เกิน 4 กรัม ซึ่งเกินพอที่จะวัดและควบคุมพฤติกรรมของหุ่นยนต์ส่วนใหญ่ได้

ไจโรสโคป: ไจโรสโคปจะวัดการเคลื่อนที่แบบหมุนรอบแกน 3 แทนที่จะวัดการเคลื่อนที่เชิงเส้นตามแกน 3 เซ็นเซอร์จะวัดการหมุนนี้เมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในสร้างจุดอ้างอิงคงที่ เมื่อเซ็นเซอร์หมุนออกจากจุดอ้างอิงนี้ เซ็นเซอร์จะเปลี่ยนสัญญาณเอาท์พุต

ไจโรสโคปจะใช้เวลาช่วงสั้นๆ ในการสร้างจุดอ้างอิง (การสอบเทียบ) โดยทั่วไปเรียกว่าการเริ่มต้นหรือเวลาเริ่มต้น (หมายเหตุ: ขอแนะนำให้ใช้เวลาสอบเทียบ 2 วินาที หรือเริ่มการสอบเทียบเซ็นเซอร์ภายในส่วนก่อนอัตโนมัติของเทมเพลตการแข่งขัน เมื่อใช้เซ็นเซอร์ภายในฟังก์ชันระบบขับเคลื่อน VEXcode V5/VEXcode Pro V5 การสอบเทียบจะรวมอยู่ภายในฟังก์ชัน)

ไจโรสโคปแบบอิเล็กทรอนิกส์ก็มีอัตราการหมุนสูงสุดเช่นกัน กล่าวคือ หากวัตถุที่เซ็นเซอร์กำลังวัดนั้นหมุนเร็วกว่าที่ไจโรสโคปสามารถวัดการหมุนได้ เซ็นเซอร์ก็จะส่งคืนค่าที่อ่านไม่ถูกต้อง อัตราการหมุนสูงสุดของเซนเซอร์เฉื่อยอยู่ที่ 1,000 องศา/วินาที นี่เป็นอีกครั้งที่มากเกินพอที่จะวัดและควบคุมทั้งหมด ยกเว้นพฤติกรรมสุดโต่งของหุ่นยนต์

แกนที่มีป้ายกำกับบนเซ็นเซอร์เฉื่อย	3 แกน	3 แกนหมุน

เซ็นเซอร์เฉื่อยจะต้องจับคู่กับภาษาการเขียนโปรแกรม เช่น VEXcode V5หรือ VEXcode Pro V5 เพื่อสร้างโปรแกรมผู้ใช้สำหรับ V5 Brain เพื่อใช้การอ่านค่าของเซ็นเซอร์ในการควบคุมพฤติกรรมของหุ่นยนต์

V5 Brain ร่วมกับโปรแกรมของผู้ใช้สามารถใช้เพื่อแปลงการอ่านเซ็นเซอร์เฉื่อยเป็นการวัดต่างๆ ซึ่งรวมถึง: ทิศทางที่มุ่งไป ปริมาณการหมุน อัตราการหมุน การวางแนว และปริมาณความเร่ง

การวางตำแหน่งของเซนเซอร์เฉื่อย

ตำแหน่งของเซนเซอร์เฉื่อยมีความสำคัญมากต่อการอ่านค่าที่แม่นยำ ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ จำเป็นต้องจัดตำแหน่งเซ็นเซอร์เฉื่อยตามแกนที่หุ่นยนต์จะประสบกับการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนไหว การจัดตำแหน่งนี้จะกำหนดวิธีที่เซ็นเซอร์สร้างการวัดโดยอ้างอิงกับการวางแนวเชิงพื้นที่ของหุ่นยนต์ การวัดเหล่านี้ทำให้โปรแกรมผู้ใช้สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของหุ่นยนต์ได้

อาจมีบางกรณีที่เซนเซอร์เฉื่อยถูกวางไว้บนส่วนประกอบภายนอกของหุ่นยนต์ แต่สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ เซนเซอร์จะถูกวางบนแชสซีของระบบขับเคลื่อน

เซ็นเซอร์เฉื่อยจะปรับการวางแนวเสมอเมื่อทำการสอบเทียบ ดังนั้นการวัดการหมุนจะเหมือนกัน ช่วยให้สามารถวางเซ็นเซอร์ในตำแหน่งการติดตั้งที่เป็นไปได้ทั้ง 6 ตำแหน่ง

ตำแหน่งการติดตั้งที่เป็นไปได้หกตำแหน่งสำหรับเซ็นเซอร์เฉื่อย

การอ่านค่าเซ็นเซอร์เฉื่อย: การใช้หน้าจอข้อมูลอุปกรณ์บนสมอง V5 จะเป็นประโยชน์เพื่อดูค่าที่เซ็นเซอร์เฉื่อยส่งคืน ซึ่งสามารถทำได้โดยที่เซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับสมองโดย:

เลื่อนเซ็นเซอร์เฉื่อยไปข้างหน้าและข้างหลัง จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง ขึ้นและลง และหมุนไปในทิศทางที่ต่างกัน สิ่งนี้ควรเปลี่ยนค่าบนหน้าจอและหมุนลูกบาศก์สามมิติ

การใช้งานทั่วไปของเซนเซอร์เฉื่อย:

เซนเซอร์เฉื่อยสามารถสร้างการวัดได้หลายอย่างซึ่งสามารถใช้เพื่อเปลี่ยนพฤติกรรมของหุ่นยนต์ได้ บางส่วนได้แก่:

หัวข้อ: เมื่อเซนเซอร์เฉื่อยถูกใช้เพื่อย้ายหุ่นยนต์ไปยังส่วนหัว หุ่นยนต์จะย้ายไปยังส่วนหัวคงที่โดยอ้างอิงถึงจุดที่ถูกสร้างขึ้นเมื่อมีการสอบเทียบเซนเซอร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้าหุ่นยนต์ถูกตั้งค่าไปที่ส่วนหัวที่ 90^o จากตำแหน่งเริ่มต้น มันไม่สำคัญว่าหุ่นยนต์จะมีส่วนหัวปัจจุบันที่ 45^o หรือส่วนหัวที่ 120^oมันจะหมุน ไปถึงหัวเรื่อง 90^o

จำนวนการหมุน: แตกต่างจากค่าส่วนหัว จำนวนการหมุนทำให้หุ่นยนต์หมุนจำนวนหนึ่งจากทิศทางปัจจุบัน ในกรณีนี้ ถ้าหุ่นยนต์หมุน 90^o แล้วหมุน 90^o อีกครั้ง มันจะอยู่ที่ 180^o ไปยังตำแหน่งเริ่มต้น

อัตราการหมุน: อัตราการหมุนคือความเร็วที่หุ่นยนต์หมุน ไม่ว่าหุ่นยนต์จะหมุนไปทางทิศทางหรือหมุนตามจำนวน ความเร็วที่ล้อขับเคลื่อนหมุนจะเป็นตัวกำหนดความเร็วของหุ่นยนต์หมุน หน่วยบางหน่วยที่ใช้ในการวัดคือ องศาต่อวินาที (dps) และรอบต่อนาที (rpm)

การเร่งความเร็ว: ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เซ็นเซอร์เฉื่อยสามารถวัดความเร่ง ความเร็วที่หุ่นยนต์เปลี่ยนการเคลื่อนที่ไปตามแกน สิ่งที่น่าสนใจในขณะที่หุ่นยนต์อยู่กับที่ ความเร่งจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งและความเร่งด้านหน้าและด้านหลังจะเป็น 0g แต่ความเร่งขึ้นและลงของหุ่นยนต์จะอ่านได้ 1g เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกออกแรง 1g กับหุ่นยนต์

ลูกตุ้ม: กิจกรรมในชั้นเรียนที่น่าสนใจคือการติดตั้งเซ็นเซอร์เฉื่อยกับโลหะโครงสร้างยาว จากนั้นติดปลายอีกด้านเข้ากับหอคอยที่อยู่นิ่งด้วยเพลาหรือสกรูไหล่เพื่อให้สามารถแกว่งลงมาได้เหมือนลูกตุ้ม จากนั้น ติด Smart Cable ยาวระหว่าง V5 Brain/Control System และเซ็นเซอร์ ตั้งโปรแกรม V5 Brain เพื่อพิมพ์ค่าความเร่งของเซ็นเซอร์ไปยังหน้าจอสัมผัสสีของ Brain ให้นักเรียนสำรวจว่าการแกว่งเซ็นเซอร์ความเฉื่อยที่ปลายลูกตุ้มเปลี่ยนค่าของเซ็นเซอร์อย่างไร

หุ่นยนต์เกลือกกลิ้ง

Tumble Robot: กิจกรรมสนุกๆ ในชั้นเรียนอีกอย่างหนึ่งคือให้นักเรียนประกอบหุ่นยนต์ Tumble Robot Tumble Robot ได้รับการออกแบบมาให้สามารถขับเคลื่อนแบบกลับหัวและพลิกด้านขวาขึ้นได้ ให้นักเรียนเขียนโปรแกรมผู้ใช้โดยใช้เซนเซอร์เฉื่อยเพื่อนำทางเส้นทาง จากนั้นให้พวกเขาตรวจสอบว่าพฤติกรรมของหุ่นยนต์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อหุ่นยนต์กลับหัว

การใช้งานของเซ็นเซอร์เฉื่อยในหุ่นยนต์แข่งขัน:

เซ็นเซอร์เฉื่อยจะมอบความได้เปรียบทางการแข่งขันที่ยอดเยี่ยมให้กับหุ่นยนต์แข่งขัน การใช้งานบางส่วนเหล่านี้ได้แก่:

การนำทาง: นอกเหนือจากการตั้งค่าทิศทางหรือจำนวนการหมุนสำหรับหุ่นยนต์ที่จะหมุน การอ่านเซ็นเซอร์เฉื่อยยังสามารถใช้เพื่อตั้งโปรแกรมหุ่นยนต์ ดังนั้นมันจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงไปตามทิศทางที่กำหนด สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในระหว่างการแข่งขันแบบอัตโนมัติหรือระหว่างการรันทักษะการเขียนโปรแกรม นอกจากนี้ ด้วยการใช้คณิตศาสตร์ที่มีลำดับสูงกว่า คุณสามารถใช้ค่าความเร่งเพื่อเขียนฟังก์ชันที่สามารถกำหนดการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของหุ่นยนต์ได้

ความเสถียร: บางทีสิ่งที่น่าท้อแท้ที่สุดอย่างหนึ่งคือการเห็นหุ่นยนต์ของคุณนอนเหยียดยาวออกไปในสนามเด็กเล่นหลังจากที่หุ่นยนต์พลิกคว่ำ เซ็นเซอร์เฉื่อยสามารถใช้ได้ทั้งในช่วงเวลาที่ควบคุมโดยผู้ปฏิบัติงานและในช่วงเวลาอัตโนมัติเพื่อตรวจจับว่าหุ่นยนต์เริ่มที่จะให้ทิปหรือไม่ จากนั้นโปรแกรมผู้ใช้สามารถทำให้หุ่นยนต์ดำเนินการแก้ไขอัตโนมัติได้ สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นในขณะที่หุ่นยนต์กำลังขับจนสุดหรือในขณะที่หุ่นยนต์พยายามปีนสิ่งกีดขวาง

ไม่ว่า VEX Inertial Sensor จะใช้กับแอปพลิเคชันใด ก็ไม่ต้องสงสัยเลยว่าจะเป็นการเพิ่มประโยชน์ให้กับทีมอย่างแน่นอน ฟังก์ชั่นค่าของเซ็นเซอร์เปิดกว้างตามจินตนาการของผู้ใช้

เซ็นเซอร์เฉื่อยมีจำหน่ายบนเว็บไซต์ VEX