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樂高機器人EV3陀螺儀Gyroscope原理介紹 #45505

ev3_gyro_icon
陀螺儀感應器(gyroscope, gyro) 是個神奇的科學玩意兒,在樂高機器人EV3上第一次成為樂高標準內建感應器,從小就喜歡科學新知的我,知道陀螺儀用在飛機導航上有很大的幫助,傳統的慣性陀螺儀是指機械式的陀螺儀,它可以幫助飛機在天空中仍然知道方向,對陀螺儀的細節就沒有太多的研究,長大後才有機會在進一步研究。陀螺儀目前也大量運用在手機、平板電腦和電玩運用方向,幾乎是現在最新鮮的感應器,許多新奇的產品和運用也都和Gyro有關。
為什麼飛機可以透過陀螺儀知道目前飛行的姿態呢? 它其實是透過小時打陀螺時的一個科學原理,稱做「定軸性」,這原理和高中課程會學到的角動量守恆有關。

定軸性

一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時,是不會改變的。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒,因為車軸有一股保持水準的力量。下面的影片,是一個常見的科學童玩,透過高速陀螺轉動,可以走在細繩上,這個活動在積木課上,我也曾經帶過,孩子都覺得很新奇,也都想要嘗試。
EV3的Gyro感應器,有兩種模式讀值,分別是角度和每秒角度的變化量,目前只有每秒角度的變化量是正確,角度的模式目前有相當大的誤差,在網路上和樂高公司的專家討論,應該是在裝上陀螺儀感應器時,要完全固定住,才能插上資料線,這樣應該可以把誤差減少到最低。透過陀螺旋轉時維持同樣方向,就可以比較目前飛行方向和陀螺方向的差異,知道飛行方向的變化量。可是一個陀螺這麼大,為什麼EV3的感應器這麼小,這麼小如何放入一個陀螺? 這可以參考下面的影片,其實是透過微機電MEMS的運用,利用一個小小機構的持續振動和轉動時產生電壓的變化,就可以知道轉了多大的角度。
EV3的Gyro感應器,有兩種模式讀值,分別是角度和每秒角度的變化量,目前只有每秒角度的變化量是正確,角度的模式目前有相當大的誤差,在網路上和樂高公司的專家討論,應該是在裝上陀螺儀感應器時,要完全固定住,才能插上資料線,這樣應該可以把誤差減少到最低。
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