Використання інерційного датчика V5

опис

Інерційний датчик VEX V5 — це комбінація 3-осьового (X, Y і Z) акселерометра та 3-осьового гіроскопа. Акселерометр виявляє зміну руху (прискорення) у будь-якому напрямку, а гіроскоп електронним способом підтримує контрольне положення, щоб він міг вимірювати обертальну зміну положення в будь-якому напрямку порівняно з цим посиланням.

Поєднання цих двох пристроїв в одному датчику дозволяє здійснювати ефективну та точну навігацію, а також контролювати будь-які зміни в русі робота. Виявлення зміни в русі може допомогти зменшити ймовірність падіння робота, коли він їде або перелазить через перешкоду.

Корпус цього датчика має один отвір для кріплення, що дозволяє легко монтувати його на конструкції робота. Крім того, перед отвором для кріплення є невелике поглиблення, яке позначає точку відліку датчика. У нижній частині корпусу є кругла втулка, розмір якої можна вставити в квадратний отвір шматка конструкційного металу. Це забезпечить фіксацію датчика в точці кріплення. На задній частині корпусу датчика розташований порт V5 Smart.

Точка відліку датчика	Кругла втулка в нижній частині корпусу

На корпусі поруч із отвором для кріплення є схема, яка вказує на орієнтацію осі інерційного датчика.

Щоб інерційний датчик працював із V5 Brain, розумний порт V5 датчика та розумний порт V5 Brain мають бути з’єднані за допомогою кабелю V5 Smart. Інерційний датчик працюватиме з будь-яким із 21 розумного порту мозку. Підключаючи розумний кабель V5 до портів, переконайтеся, що роз’єм кабелю повністю вставлено в порт, а фіксатор роз’єму повністю зафіксовано.

Внутрішній датчик V5	Розумний порт інерційного датчика	V5 Brain Smart Port

Як працює інерційний датчик

І частина акселерометра, і частина гіроскопа цього датчика створюють інтелектуальний зворотний зв’язок сигналу для V5 Brain.

Акселерометр: Акселерометр вимірює, наскільки швидко датчик змінює свій рух (прискорюється) уздовж осі X, осі Y та/або осі Z. Ці осі визначаються орієнтацією інерційного датчика. Наприклад, одна орієнтація може мати вісь Х як його рух вперед і назад, його вісь Y як його рух збоку в бік, а його вісь Z як його рух вгору і вниз (наприклад, робот піднімається поле на підвісній опорі).

Акселерометр вимірює зміну руху, коли його внутрішня електроніка виявляє зміну інерції, і це створює зміну його показань. Чим швидше змінюється рух, тим більше змінюється показання. Примітка. Це може бути більше додатне значення або більше від’ємне значення залежно від напрямку руху вздовж осі.

Прискорення вимірюється в g (одиниця прискорення сили тяжіння). Максимальна межа вимірювання для частини акселерометра інерційного датчика становить до 4g. Цього більш ніж достатньо, щоб вимірювати та контролювати поведінку більшості роботів.

Гіроскоп: Гіроскоп замість вимірювання лінійного руху вздовж осі 3 вимірює обертальний рух навколо осі 3. Датчик вимірює це обертання, коли внутрішня електроніка створює фіксовану контрольну точку. По мірі того, як датчик повертається від цієї контрольної точки, вихідний сигнал змінюється.

Для встановлення контрольної точки гіроскопу (калібрування) потрібен короткий проміжок часу. Це зазвичай називають часом ініціалізації або запуску. (Примітка: рекомендується використовувати 2 секунди для часу калібрування або розпочати калібрування датчика в передавтонійній частині шаблону змагання. Якщо датчик використовується в функціях трансмісії VEXcode V5/VEXcode Pro V5, калібрування включено в цю функцію.)

Електронний гіроскоп також має максимальну швидкість обертання. Тобто, якщо об’єкт, який вимірює датчик, обертається швидше, ніж гіроскоп може виміряти його обертання, датчик поверне неправильні показання. Максимальна швидкість обертання інерційного датчика становить до 1000 градусів/с. Знову ж таки, цього більш ніж достатньо, щоб вимірювати та контролювати будь-яку поведінку роботів, крім екстремальних.

Вісь, позначена на інерційному датчику	3 Вісь	3 Вісь обертання

Інерційний датчик потрібно поєднати з такою мовою програмування, як VEXcode V5або VEXcode Pro V5, щоб створити програму користувача для V5 Brain, яка використовуватиме показання датчика для керування поведінкою робота.

V5 Brain у поєднанні з програмою користувача можна використовувати для перетворення показань інерційного датчика в багато вимірювань, включаючи: напрямок, кількість обертання, швидкість обертання, орієнтацію та величину прискорення.

Розміщення інерційного датчика

Розташування інерційного датчика дуже важливо для його точних показань. Як зазначалося раніше, дуже важливо вирівняти інерційний датчик уздовж осі, за якою робот зазнає зміни в русі. Це вирівнювання визначає, як датчик виконує вимірювання щодо просторової орієнтації робота. Ці вимірювання дозволяють програмі користувача змінювати поведінку робота.

Може бути поодинокий випадок, коли інерційний датчик буде розміщено на зовнішньому компоненті робота, але для більшості застосувань датчик буде розміщено на шасі трансмісії.

Інерційний датчик завжди регулює свою орієнтацію під час калібрування, щоб вимірювання обертання було однаковим. Це дозволяє розмістити датчик у будь-якому з 6 можливих положень монтажу.

Шість можливих положень монтажу для інерційного датчика

Зчитування значень інерційного датчика: Корисно використовувати екран інформації про пристрій на V5 Brain, щоб побачити значення, які повертає інерційний датчик. Це можна зробити за допомогою датчика, підключеного до мозку:

Переміщайте інерційний датчик вперед і назад, з боку в бік, вгору і вниз і обертайте його в різних напрямках. Це має змінити значення на екрані та повернути тривимірний куб.

Загальне використання інерційного датчика:

Інерційний датчик може проводити кілька вимірювань, які можна використовувати для зміни поведінки робота. Деякі з них включають:

Курс: Коли інерційний датчик використовується для переміщення робота до напрямку, він рухатиметься до фіксованого курсу відносно точки, встановленої під час калібрування датчика. Іншими словами, якщо робот налаштований на курс 90^o від початкової позиції, не має значення, чи має робот поточний курс 45^o чи курс 120^o, він поверне щоб досягти курсу 90^o.

Об’єм обертання: На відміну від значення курсу, за допомогою об’єму обертання робот повертається на певну кількість від своєї поточної орієнтації. У цьому випадку, якщо робот повертається на 90^o , а потім знову повертається на 90^o , він буде на 180^o до свого початкового положення.

Швидкість обертання: Швидкість обертання – це швидкість обертання робота. Незалежно від того, чи повертається робот у певному напрямку, чи обертається на певну величину, швидкість, з якою обертаються ведучі колеса, визначатиме швидкість повороту робота. Деякі з одиниць, які використовуються для вимірювання цього, - градуси за секунду (dps) і оберти за хвилину (rpm).

Прискорення: Як згадувалося раніше, інерційний датчик може вимірювати прискорення, тобто те, наскільки швидко робот змінює свій рух уздовж осі. Цікаво, що поки робот нерухомий, його прискорення з боку в бік, а також переднє та задне прискорення становитимуть 0g, але прискорення робота вгору та вниз складатиме 1g, тому що гравітація Землі діє на робота з силою 1g.

Маятник: Цікавим завданням у класі є встановлення інерційного датчика на довгий шматок металевої конструкції, а потім прикріплення іншого кінця до нерухомої вежі за допомогою вала чи гвинта з буртиком, щоб він міг обертатися вниз, як маятник. Потім під’єднайте довгий смарт-кабель між системою V5 Brain/Control System і датчиком. Запрограмуйте V5 Brain на друк значень прискорення датчика на кольоровому сенсорному екрані Brain. Нехай учні дослідять, як коливання датчика інерції на кінці маятника змінює значення датчика.

Використання інерційного датчика на роботі для змагань:

Інерційний датчик забезпечить велику конкурентну перевагу для змагальних роботів. Деякі з цих видів використання включають:

Навігація: На додаток до встановлення напрямків або величини повороту робота, показання інерційного датчика можна використовувати для програмування робота, щоб він рухався по прямій лінії вздовж заданого напрямку. Це особливо корисно під час автономної частини матчу або під час проходження навичок програмування. Крім того, за допомогою математики вищого порядку можна використовувати значення прискорення для написання функції, яка може визначати зміну положення робота.

Стабільність: Можливо, одна з найбільш невтішних речей — це бачити свого робота, що розкинувся на ігровому полі після того, як він перекинувся. Інерційний датчик можна використовувати як під час контрольованого оператором, так і в автономному періоді, щоб виявити, чи починає робот перекидатися, а потім програма користувача може змусити робота виконати дію автоматичного коригування. Це може статися, коли робот їде повністю витягнутим або коли робот намагається подолати перешкоду.

Незалежно від того, для якої програми використовується інерційний датчик VEX V5, безсумнівно, він стане бажаним доповненням для команд. Функції значень датчика відкриті для уяви користувача.

Інерційний датчик V5 доступний на веб-сайті VEX.