描述

VEX V5 惯性传感器 结合了一个 3 轴(X、Y 和 Z)加速度计和一个 3 轴陀螺仪。 加速度计将检测任何方向的运动变化(加速度),陀螺仪以电子方式保持参考位置,因此它可以测量任何方向相对于该参考位置的旋转变化。

这两个设备结合到一个传感器中允许有效和准确的导航,以及控制机器人运动的任何变化。 运动变化的检测有助于降低机器人在驾驶或越过障碍物时倾倒的几率。

该传感器的外壳有一个安装孔允许其被轻松安装到机器人的结构件上。 此外,安装孔前有一个小凹痕,用于标记传感器的参考点。 在外壳的底部,有一个圆形凸块,其尺寸可以插入一块金属结构件的方孔中。 这将保持传感器固定在其连接点上。 传感器外壳的背面是一个 V5 智能端口。

传感器参考点 外壳底部圆形凸台

传感器参考点.png

底部圆形凸块.png

外壳上安装孔旁边有一张图,它指示了惯性传感器的轴向。

为了让惯性传感器与 V5 主控器一起工作,传感器的 V5 智能端口和 V5 主控器的智能端口需要使用 V5 智能电缆连接。 惯性传感器将与主控器上 21 个智能端口中的任意一个一起工作。 将 V5 智能电缆连接到端口时,确保电缆的水晶头完全插入端口并且水晶头的卡扣完全接触。

V5 惯性传感器 惯性传感器智能端口 V5大脑智能端口

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惯性传感器智能端口.png

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惯性传感器如何工作

该传感器的加速度计部分和陀螺仪部分都会向 V5 主控器产生智能信号反馈。

加速度计: 加速度计沿 X 轴,Y-轴和/或 Z 轴测量传感器的运动变化有多快(加速度)。 这些轴由惯性传感器的方向确定。 例如,一个方向可以将机器人的 X 轴作为其向前和向后的运动,将其 Y 轴作为其左右运动,将其 Z 轴作为其上下运动(例如机器人在一根悬挂杆上将自己抬离场地)。

加速度计在其内部电子设备检测到惯性变化时测量运动变化,这会让它的读数产生变化。 运动变化越快,读数变化越大。 注意:这可能是更大的正值或更大的负值,取决于沿轴的运动方向。

加速度以 g's(重力加速度的单位)为单位。 惯性传感器的加速度计部分的最大测量限制为 4g。 这足以测量和控制大多数机器人的动作。

陀螺仪: 陀螺仪不是测量沿 3 轴的线性运动,而是测量绕 3 轴的旋转运动。 当内部电子设备创建固定参考点时,传感器测量此旋转。 当传感器旋转离开该参考点时,它会改变输出信号。

陀螺仪建立其参考点(校准)需要很短的时间。 这通常称为初始化或启动时间。 (注意:建议使用 2 秒作为校准时间或在比赛模板的预自动部分开始传感器的校准。 在 VEXcode V5/VEXcode Pro V5 底盘功能中使用传感器时,校准包含在该功能中。)

电子陀螺仪也有最大旋转速率。 也就是说,如果传感器测量的物体旋转得比陀螺仪可以测量的旋转速度快,传感器将返回不正确的读数。 惯性传感器的最大旋转速率为 1000 度/秒。 再一次,这足以测量和控制除极端机器人动作之外的所有动作。

轴向标记在惯性传感器上 3 轴 3 旋转轴

轴标记的惯性传感器.png

3 轴.jpg

3 旋转轴.jpg

惯性传感器需要与诸如 VEXcode V5或 VEXcode Pro V5 之类的编程语言配合来创建用户 V5 主控器的程序,它利用传感器的读数来控制机器人的动作。

V5 主控器与用户程序配合使用,可将惯性传感器读数转换为许多测量值,包括:归位、转向、旋转速率、方向和加速度。

惯性传感器的放置

惯性传感器的放置对其准确读数非常重要。 如前所述,必须沿着机器人将经历运动变化的轴对齐惯性传感器。 这种对齐方式决定了传感器如何根据机器人的空间方向产生测量值。 这些测量允许用户程序改变机器人的动作。

在个别情况下,惯性传感器将放置在机器人的外部组件上,但对于大多数应用,传感器将放置在传动系统的底盘上。

惯性传感器在校准时始终会调整其方向,因此旋转测量值相同。 这允许将传感器放置在 6 种可能的安装位置中的任何一个。

惯性传感器的六种可能的安装位置

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读取惯性传感器值: 使用 V5 主控器上的设备信息屏幕查看传感器正在返回的值很有帮助。 这可以通过传感器连接到主控器来完成:

v5主控器磁吸保护壳.png

取下 V5 主控器磁吸屏幕保护壳,开启主控器并点击“设备”图标。

惯性传感器图标.png

触摸“设备信息”屏幕上的惯性传感器图标。

惯性传感器校准框.png

触摸惯性屏幕上的校准框。

前后、左右、上下移动惯性传感器,并向不同方向旋转。 这应该会更改屏幕上的值并旋转 3D 立方块。

惯性传感器的常见用途:

惯性传感器可以产生多个测量值,这些测量值可用于改变机器人的行为。 其中一些包括:

归位: 当惯性传感器用于将机器人移动到一个归位时,它将移动到一个固定归位值,相对于传感器被校准时建立的参考点。 换句话说,如果将机器人设置为距其起始位置 90o ,则无论机器人当前的归位是 45o 还是 120o,它会转动到归位 90o位置。

转向量: 与归位值不同,转向量使机器人从当前方向旋转一定数量. 在这种情况下,如果机器人转动90o然后再次转动90o,它将在距离它起始位置180o处。

转向速度: 转向速度是机器人旋转的速度。 无论机器人是转至某个归位还是转动一定量,驱动轮转动的速度将决定机器人转动的速度。 用于测量的一些单位是度每秒 (dps) 和转每分钟 (rpm)。

加速度: 如前所述,惯性传感器可以测量加速度,即机器人沿轴改变其运动的速度有多快。 有趣的是,当机器人静止时,它的左右和前后加速度将为 0g,但机器人的上下加速度读数为 1g,因为地球重力对机器人施加了 1g 的力。

单摆: 一个有趣的课堂活动是将一个惯性传感器安装到一块长的金属结构件上,然后用一根轴或带肩螺丝将其另一端连接到一个固定塔架上,以便它就可以像单摆一样向下摆动。 接下来,在 V5 主控器/控制系统和传感器之间连接一条长智能电缆。 对 V5 主控器进行编程以将传感器的加速度值打印到主控器的彩色触控屏上。 让学生探索摆动单摆末端的惯性传感器如何改变传感器的值。

翻滚机器人

翻滚机器人.png

翻滚机器人: 另一个有趣的课堂活动是让学生组装翻滚机器人。 翻滚机器人被设计成能够倒置以及正面朝上。 让学生使用惯性传感器编写用户程序来导航一条路径。 然后让他们调查机器人在颠倒行驶时其行为如何变化。

惯性传感器在竞赛机器人上的用途:

惯性传感器将为竞赛机器人提供巨大的竞争优势。 其中一些用途包括:

导航: 除了设置归位或机器人转向的转向量外,惯性传感器读数还可以用于对机器人进行编程,使其沿着给定的归位值沿直线行进。 这在比赛的自动部分或编程技能运行期间非常有用。 此外,通过使用一些高阶数学,可以使用加速度值来编写可以确定机器人位置变化的函数。

稳定性: 或许最令人沮丧的事情之一就是看到你的机器人在倾斜后摊开在场地上。 惯性传感器可在操作手控制和自动时段使用来检测机器人是否开始倾斜,然后用户程序可以使机器人采取自动纠正行动。 这可能发生在机器人完全伸展行驶或机器人试图攀爬障碍物时。

无论 VEX V5 惯性传感器用于什么应用,毫无疑问它将称为受赛队欢迎的附件。 传感器值的功能是开放给用户想象的。

V5 惯性传感器可在 VEX 网站上找到。

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