Diagrama semanal
DESCRIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD
Esta actividad extiende la anterior sobre "Movimiento armónico" con el objetivo de ofrecer una observación directa de las variables cinemáticas de interés, como la aceleración. Una observación similar es útil para estudiantes mayores (15-16 años) para la comprensión de las ecuaciones de movimiento y de sus soluciones. Para los alumnos más jóvenes (12-14 años), puede ser simplemente divertido observar el movimiento armónico del mBot en sí, como una medida complementaria con respecto a experimentos más estándar.
Para la plena explotación del giroscopio, también desarrollamos una breve guía sobre las mediciones de los ángulos de inclinación y de balanceo. Puede resultarle útil en los laboratorios de física. Por ejemplo. para medir la pendiente de un plano inclinado y, por supuesto, para ayudar a comprender el principio de control de navegación.
Cuelgue el mBot de un resorte y mida la aceleración y el período de su movimiento armónico, gracias a un acelerómetro de 3 ejes y un sensor de giro. El uso del giroscopio es con el propósito de controlar la navegación, aprendiendo sobre el ángulo de cabeceo y balanceo.
El sensor acelerómetro-giroscopio sirve para estudiar el movimiento armónico del mBot conectado a un resorte, así como para realizar mediciones de los ángulos de inclinación y de balanceo.
PRIMERA VERSIÓN
A continuación, tratamos las medidas de aceleración: enumeramos los pasos simples necesarios para realizar la actividad, analizamos las características del sensor de giro, ilustramos el algoritmo y el código y finalmente mostramos los resultados principales. Luego, en la segunda parte del documento, nos centramos en la aplicación estándar del giroscopio a la navegación (cabeceo y balanceo). Los ejemplos y las imágenes ayudarán a resaltar por qué aprender estos temas con los resultados de mBot es atractivo, simple y, por lo tanto, más efectivo.
El mBot se colgará de un resorte para realizar un movimiento armónico. A partir de los valores del giroscopio, proporcionales a la aceleración, se evalúa el período de oscilación. Las versiones mBlock (Scratch) y Arduino del código están disponibles. En Arduino, los datos del sensor se muestran en la salida en serie y se pueden trazar en un software externo para obtener una comprensión más profunda de las ecuaciones de movimiento.
SEGUNDA VERSIÓN
Ángulo de balanceo y movimiento oscilante
Para llevar a cabo la actividad, y para poder calcular el movimiento oscilante al que se puede someter el mBot, necesitamos saber cuál es el ángulo de balanceo. Se define como el ángulo de inclinación lateral que forma la vertical del plano perpendicular del plano del vehículo. Cuando el mBot está en un plano horizontal, el ángulo de inclinación será aproximadamente 0, ya que tiene un pequeño margen de error.
Cuando el mBot está en un plano inclinado, el ángulo de inclinación será igual al de la superficie. Además, el Ranger mostrará gráficamente en la Matriz de LED su inclinación lateral, es decir, el ángulo que presenta con respecto al eje longitudinal (Y). Si este ángulo excede el valor establecido por el potenciómetro, lo advertirá mediante una señal acústica y luminosa.
Dado que la placa Auriga que incorpora el Ranger tiene un módulo de medición inercial (IMU) integrado con un giroscopio y un acelerómetro de 3 ejes, es suficiente utilizar el valor del acelerómetro correspondiente al eje longitudinal del Ranger (eje Y) para obtener el ángulo lateral de inclinación directamente.
Movimiento de Inclinación
El Movimiento de Inclinación, cuyo nombre es de origen náutico, se usa en el mundo automotriz para indicar la inclinación longitudinal de un vehículo con respecto al plano horizontal. En particular, el ángulo de inclinación es el que forma el eje longitudinal del vehículo con el plano horizontal.
Cuando se viaja en una carretera horizontal, el ángulo de inclinación será aproximadamente 0, ya que hay una pequeña desviación del sensor. Al subir una pendiente, tendremos un ángulo de inclinación positivo. Durante la actividad, el mBot Ranger mostrará gráficamente en la Matriz de LED su inclinación longitudinal, es decir, el ángulo de inclinación o giro que presenta con respecto al eje transversal (X). Si este ángulo excede el valor establecido por el potenciómetro, lo advertirá con una señal acústica y luminosa. Además, en la pantalla TFT LCD mostraremos el ángulo del plano.
RECURSOS DE LA ACTIVIDAD
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