请教Robin：关于几种传感器的区别

grant7788

最近看了前辈的不少帖子，学到很多知识，非常感谢。

看到前辈在用加速度传感器和角度传感器，我最近对这几种传感器非常长草，相请教几个问题。
我看到这两家(mindsensors和hitechnic)都有加速度传感器，hitechnic另外还有陀螺仪和角度传感器。
想请教一下，这几种的区别是什么？以及，它们的响应时间是多少？

我的理解，不知道对不对，请指正：
陀螺仪(Gyro)，原理是高速旋转的陀螺的惯性可以让它记中一个方向，然后如果方向改变的话会有数值的改变；
加速度计(Accelerator)，是当速度变化时(即加速度不为0)时，输出值有变化；
倾角传感器(Tile)，是指向重心竖直为0度，当有偏离时，输出数值反应偏离的变化；
而角度传感器(Angle)，是指当角度有变化时，输出值有变化(相对角度)，或是可以读回角度的绝对值(0-360度)。

转点资料过来贴在下面，非广告... :P

grant7788

Multi-Sensitivity Acceleration Sensor v3 for NXT - (ACCL-Nx-v3)

This tiny and lightweight 3 axis accelerometer has multiple sensitivity levels of gravity. Use as a Tilt sensor, or measuring velocity or accelerations.
* Digital Sensor with I2C interface
* 3 Axis reading.
* Sensitivities: 1.5G 2G, 4G, 6G
* Supported in NXT-G, NXC/NBC, RobotC
* Use for measuring static and dynamic accelerations

多灵敏度加速度传感器

这个小巧、轻便的3轴加速度计有多种重力灵敏度范围。可以用作倾角传感器，或是测量速度或加速度。
* 数字传感器，配有I2C接口
* 三轴读数
* 灵敏度：1.5g, 2g, 4g, 6g
* 支持NXT-G, NXC/NBC, RobotC
* 可用来测量静态及动态加速度

grant7788

NXT Acceleration / Tilt Sensor (NAC1040)

Price : $54.95
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Now you can make robots that know which way is up! The HiTechnic Accelerometer / Tilt Sensor measures acceleration in three axes. It also measures tilt along each axis. Using the sensor, you can measure the acceleration of your robot build robots in the range –2g to + 2g. Great for experimenting with acceleration forces in cars, on amusement rides, even on swing sets. This sensor will also tell you if your robot is level so you can build self-leveling robots and much more.

现在你可以让你的机器人知道哪个方向是朝上！HiTechnic加速度计 / 倾角传感器可以测量三个轴的加速度。它同时测量沿每个轴的倾角。使用这个传感器，你可以测出你搭建的机器人的加速度值，范围从-2g到2g。在车里、娱乐驾驶里、或是摇摆设备里，测得加速度的值是一件很棒的事情。这个传感器也可以告诉你你的机器人是否处于水平状态，这样你就可以构建自水平(?)机器人，以及其它更多的东西。

grant7788

NXT Angle Sensor (NAA1030)

Price : $54.95
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Measure axle rotation position and rotation speed with the HiTechnic Angle Sensor. The Angle Sensor enables you to measure three rotation properties:
Absolute Angle – the rotation position of a rotating axle from 0 – 359 degrees with 1 degree accuracy
Accumulated angle - the accumulated number of degrees an axle has rotated
Rotation Speed - the speed of the axle rotation in RPM (revolutions per minute)
With its very low friction mechanism, the HiTechnic Angle Sensor is ideal for building models where accurate measurement of rotation properties of an axle is key. Perfect for building a distance measuring wheel or a weather station wind vane.
使用HiTechnic角度传感器可以测量轴的旋转角度以及旋转速度。角度传感器可供您测量3种旋转特性：
绝对角度——旋转轴的旋转位置，0~359度，精度1度。
累积角度——待测轴累积的旋转角度值。
旋转速度——待测轴的旋转速度，以RPM表示(每分钟转数)
凭借它的低摩擦力机制，HiTechnic角度传器非常适合构建那种对需要对某根轴的旋转特性做精确测量的模型。可以用来测量某根轴的距离，或是气象站的风向标。

grant7788

NXT Gyro Sensor (NGY1044)

Price : $54.95
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Measure the additional dimension of rotation with the NXT Gyro Sensor. This sensor that lets you accurately detect rotation for your NXT projects. The NXT Gyro Sensor returns the number of degrees per second of rotation as well as indicating the direction of rotation. Measure +/- 360° per second and build robots that can balance, swing or perform other functions where measurement of rotation is essential.

使用NXT陀螺仪传感器测量旋转的附加维度。这个传感器供你精确检测你的NXT工程的旋转。NXT陀螺仪传感器返回每秒旋转的角度数值，同时表示出旋转的方向。测出每秒的+/-360°的旋转，就可以构建出自平衡机器人、摇摆机器人以及其它功能的机器人，(因为对这些机器人来说)旋转的测量至关重要。

糖伯虎

你说的3个传感器中，角度的那个我估计和马达的是一样的，这个不说。
陀螺仪和加速度传感器都可以测角度，但是原理不一样，
陀螺仪是通过对角速度的积分测角度的，加速度是根据重力加速度的分量测角度的。
原理说了，用的场合就自己看了。

grant7788

糖伯虎 发表于 2011-2-16 15:53
你说的3个传感器中，角度的那个我估计和马达的是一样的，这个不说。
陀螺仪和加速度传感器都可以测角度，但 ...

谢谢快速回复。那么，如果要做自平衡机器人，是要用陀螺仪呢，还是用倾角传感器？用角度传感器可以吗？是否用其中的哪一种，可以对自平衡机器人的初始状态要求不那么高呢？
如果要做自平衡自行车，是否一定要用陀螺仪呢？
我还是觉得不是非常清晰。

我试过nxtprogram上的SegWay，用颜色传感器(实际上是当亮度传感器用)，开始时一定要保持机器人在能够自平衡的状态，因为它是记住亮度值，不停修正到这个值的。如果初始状态稍有不平衡，就一定不能成功。而且对地面的反射度的一致性要求极高，我后来是铺了白纸才平衡起来。
那么我的理解是，如果倾角传感器的更新率(update rate)可以够快的话，拿它来做自平衡机器人应该是比较好的。
而如果用角度传感器，或是陀螺仪，因为它们没办法测得重力的方向，所以应该在开始时确保机器人处于平衡状态才行，和SecWay的做法类似，不过对于机器人所在平面的反射一致性就没要求了。

糖伯虎

用陀螺仪就可以了，如果用加速度传感器的话，也是可以测角度的，但是在运动过程中，横向的加速度应该也会对加速度的分量有影响，这样结果就不准了，倾度计没看到，不知道有没有。
目前看到几个版本的segway都是用的光电传感器或者颜色传感器来测距离的，这个对地面的反射和光线要求都很高吧，只有hiway是用的它自家的传感器，当然那是做广告效果的。

grant7788

糖伯虎 发表于 2011-2-16 16:10
用陀螺仪就可以了，如果用加速度传感器的话，也是可以测角度的，但是在运动过程中，横向的加速度应该也会对加速度的分量有影响，这样结果就不准了，倾度计没看到，不知道有没有。

那个倾角传感器，是放在加速度传感器一起的，我估计就象你上面一个帖子说的，用的是重力加速度的分量。
你说的对，运动过程中也会产生横向的分量，估计会有影响。

另外还有，如果是加速度传感器的话，当只产生轻微的失衡时，重力加速度的横向分量是非常小的，估计难以测准。而当能够测准时，车子已经调整不回来了。

grant7788

糖伯虎 发表于 2011-2-16 16:10
...目前看到几个版本的segway都是用的光电传感器或者颜色传感器来测距离的，这个对地面的反射和光线要求都很高吧，只有hiway是用的它自家的传感器，当然那是做广告效果的。

是，我试过，我厅里有一个台面，用的是类似厨房料理台面，几乎是纯白，有非常浅的水纹，都没法平衡。另外nxtprogram上的那个例子，作者明确指出，环境光线不能复杂，最好不要有光射进传感器。(类似意思，懒得去翻原文了。)

自平衡机器人，Robin做的那个应该是用陀螺仪的吧。加速度传感器估计是放在遥控器上的。

grant7788

http://www.cmnxt.com/forum-redir ... uid-16691.html
Robin在这个回帖里提到了：

陀螺仪的作用是无法用多自由度加速度传感器来替代的。陀螺仪实际上是一个角速度传感器（一般是一维的），它测量的物理值是单位时间内所变化的角度；而多自由度加速度传感器（一般是三维的）测量的重力加速度变化值，无法测量在单位时间内的变化情况。对于平衡机器人来讲，单位时间内的变化率是一个非常重要的参量与控制量。

grant7788

角度传感器我估计就是一个编码器加计数器... 很可能是A/B相，或是脉冲/方向。

grant7788

糖伯虎 发表于 2011-2-16 15:53
你说的3个传感器中，角度的那个我估计和马达的是一样的，这个不说。
...

角度传感器我估计就是一个编码器加计数器... 很可能是A/B相，或是脉冲/方向。

grant7788

回复 糖伯虎 的帖子

仔细看了一下HiTechic的Gyro Sensor的说明，这句话很重要：

The NXT Gyro Sensor returns the number of degrees per second of rotation as well as indicating the direction of rotation
陀螺仪传感器返回每秒旋转的角度数值

是的，你说得对，陀螺仪传感器传回的，实际上是角加速度度的值。
那么，如果利用陀螺仪做自平衡小车的话，在做算法时，开始要让小车保持平衡，然后在算法中努力维持传感器传回的值为0或是尽可能小。
另外如果能够多利用一个加速度/倾角传感器的话，可以考虑把倾角传感器平放在小车的哪个水平面上，程序判断倾角传感器水平以后，再启动调节算法。

grant7788

题外话... 没有了每小时5帖的限制，果然爽了许多！谢谢糖版。