ROBOTS-Acelerometros

SENSORES-ACELEROMETROS.

Un acelerómetro mide la aceleración o el cambio de la velocidad de algo sobre el que esta montado este sensor. ¿Cómo trabaja esto? Dentro de un dispositivo acelerador hay microestructuras diminutas que se doblan debido al empuje y la gravedad. Cuando estos experimentan cualquier forma de aceleración, estas estructuras diminutas se curvan una cantidad mecánica equivalente que puede ser eléctricamente detectada. Hoy los acelerómetros son fáciles de adquirir y a bajos precios, haciéndolo un sensor muy asequible para los aficionados y profesionales de robótica.
Los acelerómetros son muy importantes en el mundo de los sensores porque pueden "sentir" una amplia gama de movimientos. Estos son usados en la última PowerBooks de la APPLE (y otros laptops) para sensar cuando el ordenador es movido o inclinado, así el disco duro puede ser asegurado durante el movimiento evitando posibles daños. También son usados en cámaras de imagen y video, para controlar las funciones de estabilización de imagen, equipos de ejercicios y de fisioterapia, en mandos de juego para generar datos de inclinación, en coches, para controlar la liberación de la bolsa de aire cuando hay una parada brusca o repentina. Como se puede apreciar, son incontables las aplicaciones para estos sensores.

APLICACIONES:
A continuación algunos posibles usos en robótica:
.-Equilibrio de robots.
-Sensores de inclinación en mandos de juegos.
-Autopilotos en aeromodelismo.
-Sistemas de alarma.
-Detectores de impacto.
-Sensores de movimientos de personas.
-Sensores de nivel, inclinómetros.
-Detectores de vibración, para aisladores de vibraciones.
-Detectores de fuerza G.

EJES DE ACELERACION.
Las microestructuras diminutas sólo pueden medir la fuerza en una sola dirección, llamado el eje de aceleración. Esto quiere decir con un solo eje medido, sólo se puede saber la fuerza de una de las direcciones X, Y, o Z, pero no de todas. Por ejemplo, si el robot dotado con un acelerómetro acondicionado como sensor de eje X, corre y choca a un obstáculo que se encuentre en la dirección X. el robot podrá sentir esta colisión y corregir su rumbo, pero si el obstáculo se encuentra del otro lado ( dirección Y) el robot se quedara "pegado" y no corregirá su rumbo. Hay otras situaciones donde un solo sensor de eje no sería suficiente. Por eso siempre es una buena idea el disponer de sensores de al menos 2 ejes.

GRAVEDAD.
La gravedad es una aceleración, por lo tanto, el acelerómetro siempre estará sujeto a una aceleración de       -9.81 m/s^2 (el signo negativo significa aceleración hacia la tierra). Debido a esto un robot puede descubrir el ángulo al que se encuentra con respecto a la tierra (gravedad). Si el robot es un bípedo y se quiere que siempre permanezca equilibrado y parado, se deberá usar un acelerómetro de 2 ejes, ya que mientras que en los ejes X y Y se detecten cero aceleración, el robot estará perfectamente nivelado y equilibrado.

LA FUERZA G EN LOS ACELEROMETROS.
En los acelerómetros se encontrarán datos como " nominal 2g" o "acelerómetro de 3g" Esto es cuanta FUERZA G el sensor puede soportar antes de malograrse. La gravedad acelera los objetos en 1g, o 9.81 m/s^2. Por ejemplo, si el robot se mueve hacia adelante a 1g, entonces esto quiere decir que el sensor sensara 2g. Para la mayoría de usos en robótica los sensores de 2g serán suficientes. ¿Pero, por qué no usar acelerómetros de rangos más altos? La respuesta es que, mientras más bajo sea el rango, más sensible será el sensor a los cambios de movimiento. Pero hay que tener en cuenta que mientras mas bajo sea el rango del acelerómetro, serán más afectados por las interferencia de las vibraciones.

CALCULO DE LA ACELERACION Y EL ANGULO.
Normalmente no es necesario realizar estos calculos, porque son datos que en la mayoria de las aplicaciones no son necesarios, y ademas ya existen programas aplicativos que nos dan en tiempo real estos datos de ser necesarios, pero como curiosidad tecnica les dire que existen formulas para calcular la cantidad de aceleración para acelerómetros:
-De un solo eje,

acceleration_max = raíz cuadrada(x^2) = x

-De dos ejes.

acceleration_max = raíz cuadrada (x^2+y^2)

-De tres ejes.

acceleration_max = raíz cuadrada (x^2+y^2+z^2)

Para calcular la fuerza detectada por un acelerómetro debido a la gravedad.

Force_gravity = -g*cos(angulo) (depende del eje de inicio del sensor)

Tal vez no es necesario conocer la fuerza, pero si se desea saber el angulo de inclinación, solo se invierte la ecuación para calcular el ángulo conociendo la fuerza sensada:


cos(sensor_value*conversion_constant / -g)^ -1 = angle

DISPONIBILIDAD Y COSTOS.
Los IC'S acelerómetros están disponible y son muy económico. Sin embargo necesitan circuitos de apoyo y vienen como montajes superficiales, lo que los hace sumamente complicado. Sin embargo ya hay muchos kits de acelerómetros listos para usar que se pueden adquirir. Hay variedad de otros grandes sensores, como los de 3 ejes, y ahora unos con giroscopios sensores de rotación incorporados.

CABLEADO.
Cualquier kit de acelerómetro tendrá pines para una línea de alimentación y una de tierra, y un pin de salida de señal analógica para cada eje de aceleración. Algunos kits de sensores tienen pines adicionales, para esto se recomienda leer sus hojas técnicas, ya que una conexion incorrecta malograra el sensor.

CONSEJOS ADICIONALES SOBRE EL USO.
Colocar un acelerómetro sobre un robot o plataforma móvil que va a experimentar golpes, puede provocar que el acelerómetro se active involuntariamente. Para prevenir esto, colocar un condensador en el pin de salida para mantener fijo el nivel de salida durante algunos cientos de milisegundos, el tiempo suficiente para que se estabilice la plataforma, el valor del condensador electrolitico se definirá mediante pruebas.