Привет всем, уважаемые пользователи лучшего мобильного портала Trashbox. Сегодняшняя шестая по счёту статья из рубрики «Как это работает» посвящается гироскопу. Если вам не известно, что это такое - данная статья для вас. Давайте же узнаем, что такое гироскоп и как это работает. Самое интересное под катом
.
Гироскоп (в переводе значит «вращение» или «смотреть») - устройство, имеющее способность измерения изменения углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат. В настоящее время известно два типа гироскопов: механический и оптический. По режиму действия гироскопы делятся на: датчики угловой скорости и указатели направления. Однако, одно устройство может работать одновременно в разных режимах в зависимости от типа управления.
Что касается механических гироскопов, то из них больше всех известен роторный гироскоп - это твёрдое тело, которое быстро вращается и ось которого способна изменять ориентацию в пространстве. Скорость вращения гироскопа при этом существенно превышает скорость поворота оси его вращения. Основным свойством данного гироскопа является способность сохранения в пространстве неизменного направления оси вращения при отсутствии какого-либо воздействия на неё внешних сил. Основная часть роторного гироскопа - быстро-вращающийся ротор, имеющий несколько степеней свободы (осей возможного вращения).
Принцип работы
Принцип работы гироскопа заключается в грузиках, которые вибрируют на плоскости с частотой скорости умноженной на перемещение. При повороте гироскопа возникает так называемое Кориолисово ускорение. Если вы пропускали физику в школе или не знаете, то у всех тел есть единое свойство - при вращении они сохраняют свою ориентацию относительно направления силы тяжести. По сути, гироскоп - это волчок, который вращается вокруг вертикальной оси, закреплённый в раме, которая способна поворачиваться вокруг горизонтальной оси, и в свою очередь закреплена в другой раме, которая может поворачиваться вокруг третьей оси. Таким образом, можно придти к выводу: как бы мы не поворачивали волчок, он всегда имеет возможность всё равно находиться в вертикальном положении. Датчики снимают сигнал, как волчок ориентирован относительно рам, а процессор считывает, как рамы в этом случае должны быть расположены относительно силы тяжести.
Гироскопы применяются в технике. Они используются в виде компонентов как в системах навигации (авиагоризонт, гирокомпас и т. п.), так и в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов. Что касается той самой системы стабилизации, то она бывает трёх типов: система силовой стабилизации (используется на двухстепенных гироскопах), система индикаторно-силовой стабилизации (также на двухстепенных гироскопах) и система индикаторной стабилизации (на трёхстепенных гироскопах).
А теперь поподробнее об этих трёх основных типах. Система силовой стабилизации: для стабилизации вокруг каждой оси требуется один гироскоп. Сама стабилизация осуществляется непосредственно гироскопом, а также двигателем разгрузки. В начале действует гироскопический момент, а потом уже подключается двигатель разгрузки. Система индикаторно-силовой стабилизации: для стабилизации также требуется один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки, но в начале появляется небольшой гироскопический момент. И последняя - система индикаторной стабилизации: для стабилизации вокруг двух осей нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки.
Использование гироскопа в мобильных устройствах
Давайте же затронем тему использования гироскопа в мобильных устройствах и игровых приставках. В настоящее время в большинстве смартфонов используется так называемый МЭМС-акселерометр. Будучи датчиком ускорения, в покойном состоянии он видит только один вектор - вектор всемирной силы тяготения, который всегда направлен к центру Земли. По разложениям вектора на чувствительные оси датчика без каких-либо затруднений вычисляется угловое положение устройства в пространстве. Также разложение вектора может показать, что датчик неспособен определить разворот устройства по углу курса, то есть поворот влево или вправо при поставленном на ребро смартфоне - проекция вектора на курс всегда равняется нулю. Впервые игровой контроллер, умеющий определять своё положение в пространстве, был выпущен компанией Nintendo - Wii Remote для игровой приставки Wii, и в нём используется только трёхмерный акселерометр.
Кроме того, гироскоп стал применяться и в игровых контроллерах. Например, Sixaxis для SONY PlayStation третьего поколения и Wii MotionPlus для Nintendo Wii. В обоих игровых контроллерах используются два дополняющих друг друга пространственных сенсора: гироскоп, а также акселерометр. Также в новейших контроллерах, кроме акселерометра, используется дополнительный пространственный сенсор - гироскоп. Если привести работу гироскопа в других вещах, то существуют игрушки на основе гироскопа. Самыми банальными примерами являются йо-йо и волчок или в народе его называют «юла». Волчки же отличаются от гироскопов тем, что не имеют ни одной неподвижной точки.
В других сферах также есть применение гироскопу - их целый список. Гироскоп используется в приборах навигации в самолётах и космических аппаратах, в оружии (пуля при стрельбе закручивается, это придаёт ей гораздо большую устойчивость и повышает точность стрельбы), колёса велосипеда или подобного устройства работают как гироскопы - это не даёт ездоку упасть. Таким образом, любой вращающийся предмет можно назвать гироскопом - он противодействует отклонению оси вращения.
Наверное, в детстве маленький Леон Фуко, как любой пытливый ребенок, с восхищением и любопытством следил за вращением простейшего деревянного волчка. Его заинтересовало свойство стремительно вращающегося вокруг своей оси диска сохранять постоянным положение оси вращения в пространстве. Повзрослев и став уже известным ученым, французский ученый Жан Бернар Леон Фуко использовал эту способность крутящегося диска, чтобы доказать факт суточного вращения Земли. Эксперимент был проведен в 1852 году. Л. Фуко дал сконструированному прибору с тремя свободы название гироскоп. В переводе с греческого языка это означает: «наблюдать вращение».
Что такое гироскоп
Гироскопом (жироскопом) называется любое твердое физическое тело, быстро вращающееся вокруг своей оси симметрии и, благодаря этому, сохраняющее устойчивость направления этой оси – оси гироскопа. Примерами гироскопа являются планеты , артиллерийские снаряды и пули, пущенные из нарезных стволов, роторы в электрических машинах и турбинах. Эти свойства стремительно вращающегося диска в карданном шарнире сегодня широко используются в авиационной и морской навигации в качестве прибора для определения (гирокомпас) и стабилизирующих устройств.
Из истории мореплавания
Древние мореплаватели, хоть и были людьми отважными, но совершали свои в основном вдоль родных побережий, стараясь не удаляться за пределы видимости. Плавания без риска заблудиться в безбрежном океане стали возможны лишь с началом широкого использования магнитного компаса. Произошло это для Европы в X-XI веках. Утверждают, что китайцы использовали намагниченную стрелку для определения сторон горизонта еще за 3000 лет до нашей эры. Появление на корабле нактоуза с плавающей в жидкости картушкой, всегда сориентированной на север, расширило возможности мореплавания, позволило совершать трансокеанические переходы. Однако показания магнитного компаса требуют постоянной корректировки и введения поправок на магнитное и девиацию.
Гиромагнитный компас (гирокомпас)
Гиромагнитный – это прибор, главным механизмом которого является гироскоп. С его помощью определяют курс самолета или морского судна относительно истинного – географического меридиана. Преимущества гирокомпаса перед магнитным собратом состоят в том, что на его показания в гораздо меньшей степени влияют электромагнитные поля, окружающий корпусной и перемещаемый металл. К тому же гирокомпас отличает высокая точность в условиях маневрирования.
Или технологией Bluetooth был чем-то необычным. Теперь же все эти функции стали привычными, а некоторые из них даже успели устареть. Производители добавляют в свои модели новые возможности, одна из которых - гироскоп в телефоне. Что же он из себя представляет, как применяется?
Гироскоп и акселерометр
Многие люди часто путают эти два понятия. Давайте разберёмся.
Акселерометр, или G-сенсор - устройство, которое отслеживает изменение положения девайса относительно своей оси - например, повороты влево-вправо, на себя и от себя.
Гироскоп в телефоне позволяет регистрировать не только эти действия, но и любые перемещения устройства в пространстве, а также фиксировать скорость перемещения. Поэтому можно считать его улучшенным акселерометром.
Принцип действия гироскопа
Устройство представляет собой диск, который закреплён на двух подвижных рамках. Он быстро вращается. При изменении положения этих рамок, диск не сдвигается с места. Если постоянно поддерживать вращение, например, с помощью электромотора, то можно с точностью определить положение объекта, на котором установлен гироскоп. Это может быть использовано и для определения сторон света.
Варианты применения
Ещё в девятнадцатом веке гироскоп использовался военно-морскими силами и гражданскими судами, так как с помощью него можно было наиболее точно определить стороны света. Ещё он нашёл своё применение в авиации и ракетной технике.
Гироскоп iPhone 4
В Айфоне конструкция прибора немного отличается от классической, поскольку она выполнена на основе микроэлектромеханического датчика. Принцип же действия остаётся прежним.
Гироскоп в телефоне имеет очень большую сферу применения. Безусловно, в первую очередь это разнообразные игры, использующие данную технологию. Наиболее популярные среди них - гоночные симуляторы и шутеры. Для примера: в шутерах используется так называемая «дополненная реальность» - выстрелы производятся с помощью нажатия, а для того, чтобы прицелиться, нужно изменить положение смартфона - камера в игре передвинется точно так же.
Кроме игровой индустрии, гироскоп применяется в разнообразном программном обеспечении. С его помощью доступ к различным функциям становится гораздо удобнее. Например, в некоторых операционных системах при встряхивании устройства происходит обновление Bluetooth. Ещё эта технология применяется в ряде специфических приложений, служащих для измерения угла наклона (уровня).
Мобильная индустрия в последнее время развивается всё быстрее и быстрее. Ещё недавно гироскоп в телефоне был модной новинкой, а теперь он используется повсеместно и считается привычной деталью любого смартфона. Возможно, всего через несколько лет появится новое поколение устройств, позволяющих проецировать изображение на любую точку пространства, ведь наука идёт вперёд семимильными шагами. Пока же мы можем только строить предположения по этому поводу и искать способы применения тем технологиям, которые уже изобретены.
Гироскоп в телефоне впервые появился с выходом iPhone 4. Таким образом, в мобильные устройства снова внедрили дополнительные аппаратные средства. Теперь смартфоны умеют не только определять свое географическое местоположение, ориентацию в пространстве и автоматически разворачивать фотографии для удобного просмотра. Благодаря очередному нововведению устройства также научились фиксировать вращение (например, если пользователь находится на офисном стуле, который может поворачиваться в разные стороны). В результате функциональные возможности смартфонов расширились еще больше.
Что такое гироскоп?
Акселерометр может измерять линейное ускорение относительно системы координат. Это используется для определения ориентации телефона. В результате этого нововведения в свое время появилось множество новых полезных функций. В зависимости от ориентации телефона пользовательский интерфейс (UI) может автоматически поворачиваться в портретном или ландшафтном режиме. Благодаря этому появились новые возможности для создания мобильных игр.
В наше время сложно представить себе гоночную игру для смартфона, которая не поддерживает акселерометр. Каждый раз, когда автомобиль нужно было повернуть, приходилось нажимать определенную кнопку на сенсорном экране. Калибровка акселерометра вывела игровой процесс на новый уровень, ведь теперь мы можем выполнять повороты за счет наклонов мобильного устройства. Благодаря этому нововведению было создано множество популярных игр.
Но зачем телефону нужен гироскоп, если уже есть акселерометр? На самом деле акселерометр измеряет только линейное ускорение устройства, тогда как гироскоп определяет его ориентацию. Фактически он может фиксировать свое движение в пространстве, включая вертикальное и горизонтальное вращение.
Тем, кто интересуется, что такое гироскоп в смартфоне, будет интересно узнать о его практическом применении. Чтобы понять принцип действия этого устройства, нужно представить себе игру Counter-Strike, которую перенесли на мобильную платформу. В таких играх мы должны двигаться во всех направлениях. Без поддержки гироскопа нам нужно было бы провести пальцем по сенсорному экрану, чтобы получить возможность двигаться в правильном направлении. В результате через некоторое время пользователь пришел бы к выводу, что управление игрой реализовано неудачно.
С внедрением гироскопа игровой процесс стал более приятным. Теперь пользователь может просто передвигать телефон в пространстве для управления игрой. Гироскоп определит ваше движение, и умная система поймет, что вы хотите сделать. Теперь игроку не нужно использовать свои пальцы для управления ходьбой и прицеливанием. Вместо этого появляется возможность сосредоточиться на стрельбе за счет прикосновений к сенсорному экрану.
Для управления подобными играми можно использовать акселерометр и встроенный компас, но в таком случае очень сильно страдает точность и плавность. Благодаря гироскопу появилась возможность сделать управление играми максимально приближенным к игровым консолям и ПК. Что касается аппаратных средств, то в мобильных телефонах используются устройства на основе MEMS (микроэлектромеханических систем). Далее в качестве примеров будут рассмотрены популярные телефоны с гироскопом.
Компания Apple впервые представила новое изобретение за счет его внедрения в iPhone 4. Когда эта фирма установила акселерометр на своем телефоне первого поколения, он сразу же приобрел всемирную известность. В результате был установлен новый тренд, и каждый производитель смартфонов стремился внедрить это нововведение на своих устройствах. Затем история повторилась, потому что гироскоп тоже стал объектом зависти среди конкурентов. Пользователи мобильных устройств были в восторге, когда Стив Джобс продемонстрировал возможности iPhone 4. В результате в магазине приложений появилось множество интересных игр с задействованным гироскопом.
Телефон Nexus S - это совместный продукт компаний Google и Samsung. Он стал первым устройством на базе Android, получившим гироскоп. Благодаря добавлению некоторых действительно продвинутых функций, таких как NFC, телефон составил серьезную конкуренцию iPhone 4. Поддержка API-интерфейса гироскопа была добавлена в Android 2.3 Gingerbread, благодаря чему разработчики получили возможность создавать интересные игры и приложения.
Список устройств Андроид, оснащенных этим нововведением, стремительно расширялся, благодаря чему многие пользователи смогли оценить его возможности. Вскоре после Nexus гироскоп установили на телефоне LG Optimus 2X. Кроме того, это устройство прославилось как первый в мире смартфон с двухъядерным процессором (1 GHz NVIDIA Tegra 2 AP20H Dual Core Processor).
Видео обзор: что такое гироскоп на Андроид
Гироскоп - один из многих современных датчиков, без которых сложно представить работу смартфона.
Область применения этого датчика в телефоне достаточно обширна. Полноценный гироскоп визуально напоминает юлу внутри нескольких обручей. Ввиду габаритов такая конструкция не может быть установлена в гаджете, поэтому ее заменили на датчик, основанный на микроэлектромеханической системе.
Что такое гироскоп?
Гироскоп в современном телефоне - датчик, который позволяет автоматически менять ориентацию экрана в зависимости от положения смартфона.
Впервые гироскоп был установлен в iPhone 4, благодаря чему устройство обрело новый полезный функционал. С датчиком пользователи получили возможность, например, перелистывать страницы и переключать треки в плеере встряхиванием смартфона.
Для включения датчика на устройствах с операционной системой Android 4.0 KitKat и выше достаточно выкатить шторку уведомлений и активировать опцию автоповорота экрана.
Акселерометр и гироскоп
Как правило, современные телефоны оснащены этими датчиками в паре. Принцип их работы хоть и похож, но не дублируется. измеряет ускорение объекта при перемещении, в то время как гироскоп измеряет угол отклонения аппарата относительно разных плоскостей.
Функции гироскопа в смартфонах
Гироскоп вывел игровой процесс на новый уровень. Вращая устройство в пространстве, пользователь может управлять автомобилем, вести игровой поединок, искать персонажей и многое другое.
Если говорить о стандартных приложениях, наиболее показательными преимущества гироскопа выглядят, например, в приложении калькулятор. В портретной ориентации пользователю доступны стандартные действия: сложение, вычитание, умножение и деление. Повернув телефон на 90 градусов, можно получить большой выбор тригонометрических функций на все случаи жизни.
Разумеется, с автоматической работы датчика гораздо удобнее смотреть видео в YouTube и листать фотографии. Еще датчик можно использовать, чтобы сделать из телефона строительный уровень - д ля этого нужно скачать специальное приложение.
По сути, недостатков у гироскопа нет. Конечно, иногда появляется дискомфорт при просмотре картинок или чтении, когдапри изменении позы человека и устройства возможны нежеланные изменения ориентации экрана. Решение простое - отключить автоповорот в настройках.
