使用V5慣性感測器

描述

VEX V5 慣性感測器 是 3 軸（X、Y 和 Z）加速度計和 3 軸陀螺儀的組合。 加速度計將偵測任何方向上的運動（加速度）變化，陀螺儀以電子方式維持參考位置，因此它可以測量任何方向上相對於該參考位置的旋轉變化。

將這兩種設備組合在一個感測器中可以實現有效且準確的導航，並控制機器人運動的任何變化。 偵測運動變化有助於降低機器人在行駛或爬過障礙物時摔倒的可能性。

該感測器的外殼有一個安裝孔，可以輕鬆安裝到機器人的結構上。 此外，安裝孔前面有一個小凹痕，用於標記感測器的參考點。 外殼底部有一個圓形凸台，其尺寸適合插入一塊結構金屬的方孔。 這將使感測器固定在其連接點上。 感測器外殼背面有一個 V5 智慧型連接埠。

感測器參考點	外殼底部的圓形凸台

外殼上安裝孔旁邊有一個圖表，指示慣性感測器的軸方向。

為了使慣性感測器與 V5 Brain 配合使用，需要使用 V5 智慧電纜連接感測器的 V5 智慧型連接埠和 V5 Brain 的智慧型連接埠。 慣性感測器可與大腦上 21 個智慧連接埠中的任何一個配合使用。 將 V5 智慧電纜連接到連接埠時，請確保電纜的連接器完全插入端口，並且連接器的鎖定卡榫完全接合。

V5內部感測器	慣性感測器智慧型端口	V5大腦智慧型端口

慣性感測器的工作原理

此感測器的加速計部分和陀螺儀部分都會向 V5 大腦產生智慧訊號回饋。

加速計： 加速計測量感測器沿 X 軸、Y 軸和/或 Z 軸改變其運動（加速）的速度。 這些軸由慣性感測器的方向決定。 例如，一個方向可以將機器人的 X 軸作為其向前和向後運動，將其 Y 軸作為其左右運動，將其 Z 軸作為其上下運動（例如機器人將自己舉起）懸桿上的場地） 。

當加速度計的內部電子設備檢測到慣性變化時，它會測量運動的變化，從而導致讀數變化。 運動變化越快，讀數變化越大。 注意：這可能是較大的正值或較大的負值，這取決於沿軸的運動方向。

加速度以 g（重力加速度單位）為單位測量。 慣性感測器的加速度計部分的最大測量限制高達 4g。 這足以測量和控制大多數機器人行為。

陀螺儀： 陀螺儀不是測量沿著 3 軸的線性運動，而是測量繞 3 軸的旋轉運動。 當內部電子設備建立固定參考點時，感測器測量該旋轉。 當感測器旋轉遠離該參考點時，它會改變輸出訊號。

陀螺儀需要很短的時間來建立其參考點（校準）。 這通常稱為初始化或啟動時間。 （註：建議使用 2 秒的校準時間或在競賽模板的預自動部分開始感測器校準。 當在 VEXcode V5/VEXcode Pro V5 傳動系統功能中使用感測器時，校準包含在該功能中。）

電子陀螺儀也有最大旋轉速率。 也就是說，如果感測器測量的物體旋轉速度快於陀螺儀測量其旋轉的速度，感測器將傳回錯誤的讀數。 慣性感測器的最大旋轉速率可達 1000 度/秒。 再一次，這足以測量和控制除極端機器人行為之外的所有行為。

慣性感測器上標記的軸	3軸	3 旋轉軸

慣性感測器需要與 VEXcode V5或 VEXcode Pro V5 等程式語言配對，為 V5 Brain 創建用戶程序，以利用感測器的讀數來控制機器人的行為。

V5 Brain 與使用者程式配合可用於將慣性感測器讀數轉換為許多測量值，包括：航向、旋轉量、旋轉速率、方向和加速度。

慣性感測器的放置

慣性感測器的放置對其準確讀數非常重要。 如前所述，必須沿著機器人將經歷運動變化的軸對齊慣性感測器。 這種對齊方式決定了感測器如何根據機器人的空間方向產生測量結果。 這些測量結果允許使用者程式改變機器人的行為。

可能存在一種孤立的情況，慣性感測器將放置在機器人的外部組件上，但對於大多數應用，感測器將放置在傳動系統的底盤上。

慣性感測器在校準時始終會調整其方向，因此旋轉測量結果是相同的。 這使得感測器可以放置在 6 個可能的安裝位置中的任何一個。

慣性感測器的六種可能的安裝位置

讀取慣性感測器值： 使用 V5 Brain 上的裝置資訊畫面查看慣性感測器傳回的值會很有幫助。 這可以透過連接到大腦的感測器來完成：

前後、左右、上下移動慣性感測器，並沿不同方向旋轉。 這應該會更改螢幕上的值並旋轉 3-D 立方體。

慣性感測器的常見用途：

慣性感測器可以產生多種測量結果，可用於改變機器人的行為。 其中一些包括：

航向： 當使用慣性感測器將機器人移動到某個航向時，它將移動到參考感測器校準時建立的點的固定航向。 換句話說，如果機器人的航向設定為距離起始位置 90^o ，則無論機器人目前航向是 45^o 還是 120^o，它都會轉向達到航向 90^o。

旋轉量： 與航向值不同，旋轉量使機器人從目前方向旋轉一定量。 在這種情況下，如果機器人轉動 90^o ，然後再次轉動 90^o ，它將處於 180^o 的起始位置。

旋轉速率： 旋轉速率是機器人旋轉的速度。 無論機器人是轉向航向還是旋轉一定量，驅動輪轉動的速度將決定機器人轉動的速度。 用於測量的一些單位是每秒度數 (dps) 和每分鐘轉數 (rpm)。

加速度： 如前所述，慣性感測器可以測量加速度，即機器人沿軸改變運動的速度。 有趣的是，當機器人靜止時，它的左右加速度和前後加速度將為 0g，但機器人的上下加速度將為 1g，因為地球重力對機器人施加 1g 的力。

擺： 一個有趣的課堂活動是將慣性感測器安裝到一塊長結構金屬上，然後將另一端用軸或帶肩螺絲連接到固定塔上，這樣它就可以像鐘擺一樣向下擺動。 接下來，在 V5 大腦/控制系統和感測器之間連接一條長智慧電纜。 對 V5 Brain 進行編程，將感測器的加速度值列印到 Brain 的彩色觸控螢幕上。 讓學生探索擺動擺錘末端的慣性感測器如何改變感測器的值。

慣性感測器在競賽機器人上的用途：

慣性感測器將為競賽機器人提供巨大的競爭優勢。 其中一些用途包括：

導航： 除了設定機器人轉動的航向或旋轉量之外，慣性感測器讀數還可用於對機器人進行編程，使其沿著給定航向直線行駛。 這在比賽的自主部分或程式設計技能運作期間特別有用。 此外，透過使用一些高階數學，可以使用加速度值編寫可以確定機器人位置變化的函數。

穩定性： 也許最令人沮喪的事情之一就是看到你的機器人在翻倒後躺在運動場上。 慣性感測器可在操作員控制和自主期間使用，以檢測機器人是否開始傾斜，然後使用者程式可以使機器人採取自動糾正措施。 這可能發生在機器人完全伸展行駛或機器人嘗試攀爬障礙物時。

無論 VEX V5 慣性感測器用於什麼應用，毫無疑問它都會受到團隊的歡迎。 感測器值的功能可供使用者發揮想像。

V5 慣性感測器可在 VEX 網站上找到。