Меню

Гироскопические датчики для роботов

Робототехника

Урок №10 — Изучаем гироскопический датчик

Введение:

Завершающий урок цикла «Первые шаги» посвятим изучению гироскопического датчика. Данный датчик, как и ультразвуковой, присутствует только в образовательной версии набора Lego mindstorms EV3. Тем не менее, пользователям домашней версии конструктора советуем тоже обратить внимание на данный урок. Возможно, что прочитав о назначении и использовании этого датчика, вы пожелаете его приобрести в дополнение к своему набору.

10.1. Изучаем гироскопический датчик

Гироскопический датчик (Рис. 1) предназначен для измерения угла вращения робота или скорости вращения. Сверху на корпусе датчика нанесены две стрелки, обозначающие плоскость, в которой работает датчик. Поэтому важно правильно установить датчик на робота. Также для более точного измерения крепление гироскопического датчика должно исключать его подвижность относительно корпуса робота. Даже во время прямолинейного движения робота гироскопический датчик может накапливать погрешность измерения угла и скорости вращения, поэтому непосредственно перед измерением следует осуществить сброс в 0 текущего показания датчика. Вращение робота против часовой стрелки формирует отрицательные значения измерений, а вращение по часовой стрелке — положительные.

Рассмотрим программный блок «Гироскопический датчик» (Рис. 2) Желтой палитры. Этот программный блок имеет три режима работы: «Измерение», «Сравнение» и «Сброс». В режиме «Измерение» можно измерить «Угол», «Скорость» или одновременно «Угол и скорость».

Давайте закрепим гироскопический датчик на нашем роботе (Рис. 3), подсоединим его кабелем к порту 4модуля EV3 и рассмотрим примеры использования.

Задача №22: написать программу движения робота по квадрату с длиной стороны квадрата, равной длине окружности колеса робота.

  1. Перед началом движения сбросим датчик в 0, используя программный блок «Гироскопический датчик» Желтой палитры;
  2. Мы уже знаем: чтобы проехать прямолинейно требуемое расстояние — необходимо, воспользовавшись программным блоком «Независимое управление моторами», включить оба мотора на 1 оборот.
  3. Для поворота робота на 90 градусов в этот раз воспользуемся гироскопическим датчиком:
    1. используя программный блок «Независимое управление моторами», заставим робота вращаться вправо вокруг своей оси;
    2. используя программный блок «Ожидание» в режиме «Гироскопический датчик», будем ждать, пока значение угла поворота не достигнет 90 градусов;
    3. Выключим моторы;
  4. Используя программный блок «Цикл» в режиме «Подсчет», повторим шаги 1 — 3 четыре раза.

Попробуйте решить Задачу №22 самостоятельно, не подглядывая в решение.

Источник

Урок 10. Изучаем гироскопический датчик

Введение

Завершающий урок цикла «Первые шаги» посвятим изучению гироскопического датчика. Данный датчик, как и ультразвуковой, присутствует только в образовательной версии набора Lego mindstorms EV3. Тем не менее, пользователям домашней версии конструктора советуем тоже обратить внимание на данный урок. Возможно, что прочитав о назначении и использовании этого датчика, вы пожелаете его приобрести в дополнение к своему набору.

Изучаем гироскопический датчик

Гироскопический датчик (Рис. 1) предназначен для измерения угла вращения робота или скорости вращения. Сверху на корпусе датчика нанесены две стрелки, обозначающие плоскость, в которой работает датчик. Поэтому важно правильно установить датчик на робота. Также для более точного измерения крепление гироскопического датчика должно исключать его подвижность относительно корпуса робота. Даже во время прямолинейного движения робота гироскопический датчик может накапливать погрешность измерения угла и скорости вращения, поэтому непосредственно перед измерением следует осуществить сброс в 0 текущего показания датчика. Вращение робота против часовой стрелки формирует отрицательные значения измерений, а вращение по часовой стрелке — положительные.

Читайте также:  Как проверить датчик износа колодок ман тга

Рассмотрим программный блок «Гироскопический датчик» (Рис. 2) Желтой палитры. Этот программный блок имеет три режима работы: «Измерение», «Сравнение» и «Сброс». В режиме «Измерение» можно измерить «Угол», «Скорость» или одновременно «Угол и скорость».

Давайте закрепим гироскопический датчик на нашем роботе (Рис. 3), подсоединим его кабелем к порту 4 модуля EV3 и рассмотрим примеры использования.

Написать программу движения робота по квадрату с длиной стороны квадрата, равной длине окружности колеса робота.

  1. Перед началом движения сбросим датчик в 0, используя программный блок «Гироскопический датчик» Желтой палитры;
  2. Мы уже знаем: чтобы проехать прямолинейно требуемое расстояние — необходимо, воспользовавшись программным блоком «Независимое управление моторами», включить оба мотора на 1 оборот.
  3. Для поворота робота на 90 градусов в этот раз воспользуемся гироскопическим датчиком:
    1. используя программный блок «Независимое управление моторами», заставим робота вращаться вправо вокруг своей оси;
    2. используя программный блок «Ожидание» в режиме «Гироскопический датчик», будем ждать, пока значение угла поворота не достигнет 90 градусов;
    3. Выключим моторы;
  4. Используя программный блок «Цикл» в режиме «Подсчет», повторим шаги 1 — 3 четыре раза.

Источник

Гироскопический датчик Lego EV3

Гироскопический датчик EV3

Гироскопический датчик EV3 поставляется в составе образовательного конструктора Lego Mindstorms EV3. В домашней версии Lego EV3 датчика гироскопа нет. Если есть необходимость, его можно купить отдельно.

Датчик гироскоп — это цифровой датчик

Принцип работы гироскопического датчика

Принцип работы датчика заключается в том, что он способен отслеживать вращение. Датчик гироскопа EV3 способен обнаружить вращение всего по одной оси. На верхней стороне датчика мы можем увидеть две стрелки. Эти стрелки показывают нам плоскость работы гироскопического датчика.

датчик гироскопа

  1. При вращении датчика в плоскости стрелок на верхней части датчика он может определять угловую скорость вращения. Она измеряется в градусах в секунду. 440 градусов в секунду является максимальной угловой скоростью, которую модет измерить датчик.
  2. Кроме скорости вращения датчик может определять угол вращения. Измерение угла вращения происходит в градусах. Точность измерения гироскопического датчика +/- 3 градуса если поворот на 90 градусов.

Особенности датчика гироскопа EV3

Для правильной работы датчика его нужно включать в контроллер EV3 в полностью неподвижном состоянии. Когда мы устанавливаем гироскопический датчик на робота обязательным условием является полная неподвижность робота в его начальном состоянии. Робот должен стоять без движения, иначе датчик будет работать некорректно. При помощи этого датчика можно легко программировать повороты робота вокруг оси. Датчик имеет частоту дискретизации 1 килогерц.

Сенсор подключается к блоку программирования EV3 плоским черным соединительным кабелем, который входит в набор. Гироскопический датчик можно подключить к любому входному порту, который обозначен цифрами от 1 до 4. Но по умолчанию датчик подключается во второй порт. Программное обеспечение контроллера Lego EV3 автоматически определяет порт подключения датчика.

порт контроллера

Одной из особенностей датчика гироскопа EV3 является проблема дрейфа. Она состоит в том, что, когда датчик в покое т.е. неподвижен, его показания изменяются и постоянно увеличиваются. Эта проблема может быть решена несколькими способами, но это лучше рассматривать в отдельной статье.

Области применения гироскопического датчика

Гироскопические датчики широко распространены и применяются как в быту, так и в промышленных и военных областях. В быту, например, гироскопы стабилизируют поведение радиоуправляемых моделей самолетов и вертолетов. Навигация и управление транспортными средствами также использует датчики гироскопы. В легковых автомобилях датчики активируют подушки безопасности при опрокидывании.

Читайте также:  Болт датчика коленвала лачетти

модели на радиоуправлении

Системы навигации и системы реагирования на чрезвычайные ситуации используют гироскопические датчики для повышения надежности работы оборудования. Роботы, роботизированные платформы в военной области используют датчики гироскопы в системах управления и наведения. Подводные лодки, самолеты, автономные подводные аппараты и многое другое не могут эффективно работать без применения гироскопических датчиков.

Практически на всех смартфонах также установлен датчик гироскопа. Он часто используется в мобильных играх, функциях автоповорота изображения и многих других. Можно привести еще множество примеров использования датчика гироскопа. Но в нашем случае мы изучаем очень простой датчик, который позволяет понять основные принципы работы гироскопов.

Гироскопический датчик EV3

Источник

Типы датчиков для робототехники, описание. Обзор для различных платформ

Роботизированное устройство не сможет функционировать без поступления необходимой информации об окружающем расположении объектов, с которыми оно должно взаимодействовать. Источниками такой информации служат разнообразные датчики, передающие данные на контроллер — «мозг» — робота, который обрабатывает поступающие сигналы и «принимает решение» о дальнейших действиях.

Рассмотрим датчики, применяемые в некоторых известных детских конструкторах для измерения различных физических величин.

Электронные помощники для платформы LEGO Mindstorms Education EV3

В набор одной из самых популярных конструкторских платформ входит 5 сенсоров, поставляющих необходимые данные:

  • Светочувствительный датчик — Education EV3 Color Sensor.
  • Два тактильных датчика (касания) — Education EV3 Touch Sensor.
  • Ультразвуковой датчик расстояния — Education Ultrasonic Sensor.
  • Гироскоп — Education EV3 Gyro Sensor.

Инструмент, дающий «зрение» системе

Первый по списку сенсор дает возможность различать наличие или отсутствие света, а также, 7 оттенков цветов (белый, черный, синий, красный, зеленый, коричневый, желтый). Постоянный опрос происходит с частотой в 1000Гц.

Устройство действует как два компонента в одном — датчик освещенности (фоторезистор) и трехцветный, излучающий красный, зеленый и синий свет светодиод. Оно полностью совместимо с программным обеспечением EV3.

В функцию сенсора входит измерение частоты различных волн, отражающихся от поверхности исследуемого предмета. Для этих целей объект освещается тремя цветами с последующим измерением частоты отраженного света, благодаря чему формируется понятие о цвете предмета.

Данные датчики могут найти применение в сфере сортировки изделий, переработки и других отраслях промышленности.

Чувствительные датчики

Два следующих компонента платформы LEGO Mindstorms Education — аналоговые датчики, определяющие наличие касания на специальную кнопку, встроенную в прибор, и силу нажатия. В новом исполнении устройства могут подсчитывать количество тактильных срабатываний.

Аналоговые датчики выдают постоянный усиленный токовый сигнал, который преобразуется из измеряемой физической величины. В датчике используются конденсаторы, емкость которых изменяется при соприкосновении с препятствием, что регистрируется электронной схемой, посылающей сигнал в процессор платформы.

У данного вида сенсоров могут использоваться и пьезоэлектрические материалы, выдающие при деформации небольшой электрический ток или изменяющие сопротивление.

Спектр использования сенсоров очень широк: от поиска и обнаружения предметов, до нахождения роботом выхода из различной незнакомой обстановки, в том числе из лабиринта.

Читайте также:  Датчик положения муфты dq500

Датчик, измеряющий расстояние

Третий датчик, которым оснащена платформа LEGO, является ультразвуковым устройством, измеряющим расстояние до объекта при помощи отраженных ультразвуковых волн. Данное устройство имеет функцию улавливания сигнала датчиков других роботов (режим сонара), что дает платформе возможность «слуха».

Сенсор может измерять расстояние до предмета: от 0,03м до 2,5м с точностью +-1см. Частота опроса сигналом: 1000Гц при дискретности шкалы измерения в 1 мм. Имеется LED подсветка, помогающая определить режим работы датчика.

Принцип действия основан на измерении электронной схемой промежутка времени между отправленным ультразвуковым сигналом и приемным. Несложно вычислить расстояние, если известно время и скорость распространения звука в окружающей среде.

Сфера применения ультразвуковых датчиков многообразна. Их используют в машиностроении, сельском хозяйстве, в любых автоматизированных производствах, где необходимо четкое измерение расстояния до предмета.

Датчики для определения положения в пространстве

Последним чувствительным элементом в линейке датчиков конструктора LEGO Mindstorms Education EV3 является гироскоп. Для того чтобы робот мог правильно передвигаться, не падая, и совершать поступательные и вращательные движения, в конструкторе предусмотрен гироскопический датчик. С его помощью робот может балансировать, например, на 2 колесах.

Прибор измеряет изменение угла вращения на закрепленной конструкции. Сверху нанесены 2 красные стрелки, показывающие рабочую плоскость датчика.

Частота опроса датчика: 1000Гц. Погрешность: +-3° на 90° измеряемого угла поворота. Максимальный определяемый угол в режиме гироскопа: 440°.

Гироскоп состоит из поплавка, вращающегося по вертикальной оси относительно трех систем координат (3 внутренние круглые рамки, независимо вращающиеся друг от друга). При изменении направления движения поплавка относительно рамок датчик передает в контроллер робота данные о пространственном положении конструкции относительно силы тяжести.

Датчик присутствует только в комплекте образовательных конструкторов, но его можно дополнительно купить отдельно.

Датчики, используемые в конструкторах HUNA

Данный производитель имеет разнообразную по возрастной категории линейку конструкторов. Среди них выделяются наборы Class 3 Full Kit и MRT3 (1+2+3+4). Это платформы не ограничены возрастными рамками пользователя (от младших школьников до старшеклассников). Они включают в себя набор сенсоров:

  • Два датчика касания (как в конструкторе LEGO).
  • Датчик освещенности (распознает наличие света).
  • Три инфракрасных датчика (имеют способность различать границы предметов, темную и светлую стороны).
  • Микрофон (улавливает звуки).

По сравнению с конструктором LEGO Mindstorms Education EV3, отсутствует функция различия цветов, гироскоп и ультразвуковой измеритель расстояния.

Сенсоры платформы VEX IQ

Конструкторы американского производителя VEX Robotics очень популярны в мире и принимают участие в соревнованиях по робототехнике. В состав набора «Супер Кит» входит 7 датчиков:

  • Гироскоп.
  • Датчик цвета и освещенности.
  • Два датчика касания.
  • Ультразвуковой сенсор.
  • Два светодиодных устройства с тактильными датчиками.

В данной платформе имеем набор сенсоров, аналогичных LEGO Mindstorms Education EV3 плюс последние два датчика.

Важно: Любая из перечисленных платформ станет хорошим началом для постижения азов робототехники детьми. Наличие большего или меньшего количества вспомогательной электроники повлияет не на процесс качественного обучения школьников, а главным образом — на цену самого изделия.

Об авторе: Шевцова Алиса, инженер-конструктор по робототехнике.

Спасибо за Вашу оценку. Если хотите, чтобы Ваше имя
стало известно автору, войдите на сайт как пользователь
и нажмите Спасибо еще раз. Ваше имя появится на этой стрнице.

Источник

Adblock
detector