使用V5惯性传感器

描述

VEX V5 惯性传感器 是 3 轴（X、Y 和 Z）加速度计和 3 轴陀螺仪的组合。 加速度计将检测任何方向上的运动（加速度）变化，陀螺仪以电子方式维持参考位置，因此它可以测量任何方向上相对于该参考位置的旋转变化。

将这两种设备组合在一个传感器中可以实现有效且准确的导航，并控制机器人运动的任何变化。 检测运动变化有助于降低机器人在行驶或爬过障碍物时摔倒的可能性。

该传感器的外壳有一个安装孔，可以轻松安装到机器人的结构上。 此外，安装孔前面有一个小凹痕，用于标记传感器的参考点。 外壳底部有一个圆形凸台，其尺寸适合插入一块结构金属的方孔中。 这将使传感器固定在其连接点上。 传感器外壳背面有一个 V5 智能端口。

传感器参考点	外壳底部的圆形凸台

外壳上安装孔旁边有一个图表，指示惯性传感器的轴方向。

为了使惯性传感器与 V5 Brain 配合使用，需要使用 V5 智能电缆连接传感器的 V5 智能端口和 V5 Brain 的智能端口。 惯性传感器可与大脑上 21 个智能端口中的任何一个配合使用。 将 V5 智能电缆连接到端口时，请确保电缆的连接器完全插入端口，并且连接器的锁定卡舌完全接合。

V5内部传感器	惯性传感器智能端口	V5大脑智能端口

惯性传感器的工作原理

该传感器的加速计部分和陀螺仪部分都会向 V5 大脑产生智能信号反馈。

加速计： 加速计测量传感器沿 X 轴、Y 轴和/或 Z 轴改变其运动（加速）的速度。 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（例如机器人将自己举起）悬杆上的场地）。

当加速度计的内部电子设备检测到惯性变化时，它会测量运动的变化，从而导致读数发生变化。 运动变化越快，读数变化越大。 注意：这可能是较大的正值或较大的负值，具体取决于沿轴的运动方向。

加速度以 g（重力加速度单位）为单位测量。 惯性传感器的加速度计部分的最大测量限制高达 4g。 这足以测量和控制大多数机器人行为。

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，传感器测量该旋转。 当传感器旋转远离该参考点时，它会改变输出信号。

陀螺仪需要很短的时间来建立其参考点（校准）。 这通常称为初始化或启动时间。 （注：建议使用 2 秒的校准时间或在竞赛模板的预自动部分开始传感器校准。 当在 VEXcode V5/VEXcode Pro V5 传动系统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速度快于陀螺仪测量其旋转的速度，传感器将返回错误的读数。 惯性传感器的最大旋转速率可达 1000 度/秒。 再一次，这足以测量和控制除极端机器人行为之外的所有行为。

惯性传感器上标记的轴	3轴	3 旋转轴

惯性传感器需要与 VEXcode V5或 VEXcode Pro V5 等编程语言配对，为 V5 Brain 创建用户程序，以利用传感器的读数来控制机器人的行为。

V5 Brain 与用户程序配合可用于将惯性传感器读数转换为许多测量值，包括：航向、旋转量、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结果。 这些测量结果允许用户程序改变机器人的行为。

可能存在一种孤立的情况，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，因此旋转测量结果是相同的。 这使得传感器可以放置在 6 个可能的安装位置中的任意一个。

惯性传感器的六种可能的安装位置

读取惯性传感器值： 使用 V5 Brain 上的设备信息屏幕查看惯性传感器返回的值会很有帮助。 这可以通过连接到大脑的传感器来完成：

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

惯性传感器的常见用途：

惯性传感器可以产生多种测量结果，可用于改变机器人的行为。 其中一些包括：

航向： 当使用惯性传感器将机器人移动到某个航向时，它将移动到参考传感器校准时建立的点的固定航向。 换句话说，如果机器人的航向设置为距起始位置 90^o ，则无论机器人当前航向是 45^o 还是 120^o，它都会转向达到航向 90^o。

旋转量： 与航向值不同，旋转量使机器人从当前方向旋转一定量。 在这种情况下，如果机器人转动 90^o ，然后再次转动 90^o ，它将处于 180^o 的起始位置。

旋转速率： 旋转速率是机器人旋转的速度。 无论机器人是转向航向还是旋转一定量，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每秒度数 (dps) 和每分钟转数 (rpm)。

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

摆： 一项有趣的课堂活动是将惯性传感器安装到一块长结构金属上，然后将另一端用轴或带肩螺钉连接到固定塔上，这样它就可以像钟摆一样向下摆动。 接下来，在 V5 大脑/控制系统和传感器之间连接一条长智能电缆。 对 V5 Brain 进行编程，将传感器的加速度值打印到 Brain 的彩色触摸屏上。 让学生探索摆动摆锤末端的惯性传感器如何改变传感器的值。

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： 除了设置机器人转动的航向或旋转量之外，惯性传感器读数还可用于对机器人进行编程，使其沿着给定航向直线行驶。 这在比赛的自主部分或编程技能运行期间特别有用。 此外，通过使用一些高阶数学，可以使用加速度值编写可以确定机器人位置变化的函数。

稳定性： 也许最令人沮丧的事情之一就是看到你的机器人在翻倒后躺在运动场上。 惯性传感器可在操作员控制和自主期间使用，以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措施。 这可能发生在机器人完全伸展行驶或机器人尝试攀爬障碍物时。

无论 VEX V5 惯性传感器用于什么应用，毫无疑问它都会受到团队的欢迎。 传感器值的功能可供用户发挥想象。

V5 惯性传感器可在 VEX 网站上找到。