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TUTORIAL - SENSORE GIROSCOPICO LEGO MINDSTORMS EV3

In che modo un robot può mantenersi in equilibrio, tenere traccia di quanto ha ruotato rispetto ad un asse, rilevare quando una sua parte sta girando o segnalare se sta per cadere?

Il kit “Lego® Mindstorms® EV3 Education” contiene il sensore giroscopico, un indispensabile...

  by Luca Balestra

Lego® Mindstorms® EV3

Introduzione

In questo tutorial vedremo l’utilizzo del sensore giroscopico, contenuto nel kit Lego® Mindstorms® EV3 Education.

Nello specifico, tratteremo:

  • Caratteristiche del sensore giroscopico
  • Installazione del sensore giroscopico
  • Programmazione del sensore giroscopico

Tecnologia:

Caratteristiche del sensore giroscopico

Il sensore giroscopico è un sensore che rileva il movimento intorno a un singolo asse di rotazione.

La direzione è indicata dalle frecce sul sensore.

Il sensore giroscopico può essere impostato in tre modalità:

  • Angolo
  • Velocità angolare
  • Reset

L’angolo e la velocità angolare posso essere positivi o negativi.

La rotazione in senso orario corrisponde a un valore positivo, mentre quella in senso antiorario corrisponde a un valore negativo.

In modalità Angolo (fig. 1), il sensore è in grado di fornire un valore numerico dell’angolo di rotazione totale intorno a un asse stabilito.

L’angolo di rotazione totale è misurato in gradi, con una precisione pari a +/- 3 gradi su una rotazione di 90 gradi.

In modalità Velocità angolare, il sensore è in grado di fornire un valore numerico della velocità di rotazione intorno a un asse stabilito.

La velocità di rotazione è misurata in gradi al secondo, e il valore massimo che può essere rilevato dal sensore è di 440 gradi al secondo.

In modalità Reset, il sensore reimposta a “0” i valori dell’angolo e della velocità angolare.

Installazione del sensore giroscopico

L’installazione è immediata e semplice: per poter funzionare basta connetterlo, attraverso i cavi neri di connessione, al mattoncino EV3 utilizzando le porte di ingresso 1, 2, 3 e 4 (fig. 2).

Se crei un programma mentre il mattoncino EV3 è disconnesso dal pc, il software assegna il sensore giroscopico alla porta predefinita 2.

Se connetti il mattoncino EV3 al pc durante la programmazione, il software identifica automaticamente in quale porta è collegato il sensore giroscopico.

Per verificare che l’installazione sia andata a buon fine è possibile visualizzare in diretta il valore che sta leggendo il sensore.

Esistono due modi per svolgere questa operazione:

  • Visualizzazione nel mattoncino EV3
  • Visualizzazione nel software Lego® Mindstorms® EV3 Education

Nel primo caso, utilizza l'interfaccia del mattoncino EV3 e le sue quattro schermate di base (fig. 3), che consentono di accedere a diverse funzioni esclusive.

Utilizzando la funzione Port View (fig. 4), che trovi nella schermata Applicazioni, è possibile visualizzare un riepilogo delle porte a cui sono collegati i sensori.

Con i pulsanti direzionali del mattoncino puoi accedere alla porta occupata dal sensore giroscopico e consultare le letture correnti restituite dal sensore.

Con il pulsante centrale puoi controllare e modificare le impostazioni correnti relativo al sensore collegato.

Nel secondo caso, utilizza la pagina hardware del software Lego® Mindstorms® EV3 Education, situata nell’angolo inferiore destro dell’ambiente di programmazione.

All’interno della pagina hardware, scegli la scheda Visualizzazione Porte (fig. 5) per visualizzare le informazioni sui sensori connessi al mattoncino EV3.

Quando connetti il mattoncino EV3 al computer, queste informazioni vengono identificate automaticamente per permetterti di visualizzare i valori letti dal sensore in tempo reale.

Cliccando sopra l’icona del sensore collegato puoi controllare e modificare le relative impostazioni correnti.

Programmazione del sensore giroscopico

Il sensore giroscopico può essere impiegato in diverse modalità e con diversi blocchi di programmazione.

Di seguito sono riportati solo alcuni esempi di come utilizzarlo nel software Lego® Mindstorms® EV3 Education.

  • Esempio 1: Girare in base a un angolo prefissato

Questo programma (fig. 6), se il sensore giroscopico è rivolto lungo l’asse verticale, fa girare il robot verso sinistra finché il sensore giroscopico non rileva una variazione dell’angolo pari a 90 gradi, quindi fa arrestare il robot.

Il programma utilizza il blocco Attesa in modalità Sensore giroscopico - Variazione - Angolo per attendere che l’angolo di rotazione cambi di 90 gradi.

Poiché la variazione dell’angolo viene misurata rispetto all’inizio del blocco Attesa, non è necessario azzerare il sensore giroscopico prima del movimento.

  • Esempio 2: Visualizzare un rettangolo a larghezza crescente quanto più la velocità di rotazione è alta

Questo programma (fig. 7) fa visualizzare al robot un rettangolo a larghezza crescente a seconda della velocità di rotazione rilevata: più la velocità è alta, più largo il rettangolo visualizzato.

Se il robot rimane fermo, non verrà visualizzato alcun rettangolo.

Il programma utilizzato il blocco Sensore giroscopico in modalità Misura – Velocità angolare per ottenere una misurazione della velocità di rotazione e avere il numero risultante su un filo dati.

Il valore della velocità rilevata viene quindi inviata tramite filo all’input Larghezza di un blocco Display, impostandolo in modalità Forme – Rettangolo.

Il processo viene ripetuto in un ciclo, in modo che la larghezza del rettangolo venga modificata continuamente in base alle nuove misurazioni della velocità.

 

  • Esempio 3: Salvare i valori rilevati dal sensore giroscopico in un file di testo

Questo programma (fig. 8), finché resta in esecuzione, permette di salvare i valori rilevati dal sensore giroscopico in un file di testo, con un tempo di scrittura su file impostabile grazie al blocco Attesa (in fig. 8 è impostato a 0,5 secondi).

Il programma utilizza il blocco Sensore giroscopico in modalità Misura - Angolo per ottenere una misurazione dell’angolo di rotazione e avere il numero risultante su un filo dati.

Il valore dell’angolo di rotazione rilevato viene quindi inviato tramite filo all’input Testo di un blocco Accesso ai file, impostandolo in modalità Scrittura ed inserendo un nome al file (in fig. 8 il nome scelto è “MISURA”).

Il processo viene ripetuto in un ciclo all’infinito, in modo che il tempo di misurazione sia a completa discrezione dell’utente.

Per analizzare i dati, arresta il programma, e utilizza la pagina hardware del software Lego® Mindstorms® EV3 Education, situata nell’angolo inferiore destro dell’ambiente di programmazione, per avere accesso al file con le misurazioni.

All’interno della pagina hardware, scegli la scheda Informazioni sul mattoncino (fig. 9) per visualizzare informazioni importanti relative al mattoncino attualmente connesso.

Cliccando sopra l’icona della chiave inglese puoi accedere al Browser memoria (fig.10), che fornisce una panoramica sull’utilizzo della memoria nel mattoncino EV3.

Con questo strumento puoi trasferire il file con le misurazioni (*.rtf) dal mattoncino EV3 al computer, e analizzare i dati raccolti con un software a tua scelta (ad esempio Microsoft Excel).

 

Possibili difficoltà

Il sensore giroscopico può rilevare solo il movimento intorno a un singolo asse di rotazione: bisogna quindi verificare di aver collegato il sensore al robot con l’orientamento corretto prima di misurare la rotazione nella direzione desiderata.

Il sensore giroscopico, quando viene connesso al mattoncino EV3, deve essere mantenuto completamente fermo per ridurre al minimo il fenomeno di deriva. Se durante la procedura di collegamento il valore del sensore giroscopico non rimane costantemente “0”, bisogna scollegare il sensore e ripetere l’operazione.

Il sensore giroscopico è un sensore molto sensibile, e le misurazioni dell’angolo di rotazione possono derivare nel tempo diventando via via sempre meno accurate. Per ottenere risultati ottimali conviene quindi reimpostare il valore a “0”, utilizzando la modalità Reset, prima di qualsiasi movimento di cui si desideri misurare l’angolo.

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