Kao pružatelja inercijskih mjernih jedinica (IMU), često me pitaju što točno IMU daje. U ovom postu na blogu istražit ću pojedinosti rezultata IMU-a, njegovu važnost i način na koji se koristi u raznim industrijama.
Razumijevanje osnova IMU-a
Prije nego što razgovaramo o izlazu, ukratko shvatimo što je IMU. AnInercijalna mjerna jedinica IMUje uređaj koji mjeri i prijavljuje specifičnu silu tijela, kutnu brzinu, a ponekad i orijentaciju tijela, koristeći kombinaciju akcelerometara, žiroskopa i ponekad magnetometra.
Izlazne komponente IMU-a
Izlaz akcelerometra
Akcelerometar u IMU mjeri pravilno ubrzanje, što je ubrzanje koje doživljava u odnosu na slobodni pad. Drugim riječima, mjeri sile ubrzanja koje djeluju na uređaj, uključujući silu gravitacije. Izlaz se obično daje u jedinicama g (gdje je 1 g približno 9,81 m/s²).
Na primjer, kada IMU miruje na ravnoj površini, akcelerometar će izmjeriti ubrzanje od približno 1 g u smjeru suprotnom od gravitacijske sile. Ako je IMU u pokretu, akcelerometar će mjeriti zbroj gravitacijske akceleracije i akceleracije zbog gibanja uređaja.
Izlaz akcelerometra ključan je za aplikacije kao što su detekcija pokreta, analiza vibracija i određivanje nagiba ili nagiba objekta. U robotici, na primjer, podaci akcelerometra mogu se koristiti za otkrivanje naglih pokreta ili promjena u položaju robota, što može pomoći u sprječavanju padova ili sudara.
Izlaz žiroskopa
Žiroskop u IMU-u mjeri kutnu brzinu ili brzinu rotacije uređaja oko svoje tri osi (obično označene kao x, y i z). Izlaz se obično daje u jedinicama stupnjeva po sekundi (°/s) ili radijanima po sekundi (rad/s).
Za razliku od akcelerometra, koji mjeri linearno ubrzanje, žiroskop se fokusira na rotacijsko gibanje. Pruža informacije o tome koliko brzo se uređaj okreće u svakom smjeru. Ovi su podaci bitni za aplikacije koje zahtijevaju preciznu kontrolu orijentacije, kao što su dronovi, slušalice za virtualnu stvarnost i navigacijski sustavi.
Na primjer, kod drona, izlaz žiroskopa koristi se za održavanje stabilnosti drona i kontrolu njegove orijentacije tijekom leta. Kontinuiranim mjerenjem kutne brzine, kontroler leta drona može prilagoditi brzinu motora kako bi se suprotstavio svakoj neželjenoj rotaciji i držao dron u ravnom položaju i na kursu.
Izlaz za magnetometar (opcionalno)
Neki IMU također uključuju magnetometar koji mjeri snagu i smjer magnetskog polja oko uređaja. Izlaz se obično daje u jedinicama gauss (G) ili tesla (T).
Magnetometar se može koristiti za određivanje orijentacije uređaja u odnosu na Zemljino magnetsko polje, što je korisno za aplikacije kao što je navigacija kompasom. Kombiniranjem podataka magnetometra s podacima akcelerometra i žiroskopa, IMU može pružiti precizniju i sveobuhvatniju sliku orijentacije uređaja u trodimenzionalnom prostoru.
Međutim, važno je napomenuti da na izlaz magnetometra mogu utjecati vanjska magnetska polja, poput onih koje generiraju obližnji elektronički uređaji ili metalni predmeti. Stoga su često potrebne dodatne tehnike kalibracije i filtriranja kako bi se osigurala točnost podataka magnetometra.
Kombiniranje izlaznih podataka za procjenu orijentacije
Dok akcelerometar, žiroskop i magnetometar sami za sebe daju vrijedne informacije, stvarna snaga IMU-a leži u njegovoj sposobnosti kombiniranja tih izlaza za procjenu orijentacije uređaja u trodimenzionalnom prostoru.
Jedna uobičajena metoda za procjenu orijentacije je upotreba algoritama za spajanje senzora, kao što je Kalmanov filtar ili komplementarni filtar. Ovi algoritmi uzimaju u obzir prednosti i slabosti svakog senzora i kombiniraju njihove izlaze kako bi proizveli točniju i stabilniju procjenu orijentacije uređaja.
Na primjer, akcelerometar je dobar u mjerenju statičke orijentacije objekta (npr. nagiba ili nagiba), ali na njega mogu utjecati vibracije i nagli pokreti. Žiroskop je, s druge strane, vrlo precizan u mjerenju kratkotrajnih promjena u orijentaciji, ali može odlutati tijekom vremena zbog pogrešaka integracije. Kombiniranjem podataka s oba senzora pomoću algoritma spajanja senzora možemo dobiti točniju i pouzdaniju procjenu orijentacije uređaja.
Primjene IMU izlaza
Izlaz IMU ima širok raspon primjena u raznim industrijama, uključujući:
Zrakoplovstvo i obrana
U zrakoplovnoj i obrambenoj industriji IMU se koriste za navigaciju, navođenje i kontrolu zrakoplova, projektila i bespilotnih letjelica (UAV). IMU izlaz daje kritične informacije o položaju, orijentaciji i kretanju vozila, što je bitno za održavanje stabilnosti, postizanje točne navigacije i izvođenje složenih manevara.
Automobilizam
U automobilskoj industriji, IMU se koriste za različite primjene, uključujući elektroničku kontrolu stabilnosti (ESC), detekciju prevrtanja i napredne sustave pomoći vozaču (ADAS). IMU izlaz pomaže u otkrivanju iznenadnih promjena u kretanju vozila, kao što je proklizavanje ili kotrljanje, i može pokrenuti sigurnosne značajke za sprječavanje nesreća.
Potrošačka elektronika
U potrošačkoj elektronici IMU se nalaze u pametnim telefonima, tabletima, pametnim satovima i slušalicama za virtualnu stvarnost. Podaci akcelerometra i žiroskopa koriste se za značajke kao što su rotacija zaslona, prepoznavanje pokreta i aplikacije proširene stvarnosti. Na primjer, u pametnom telefonu akcelerometar može otkriti kada je telefon nagnut ili potresen, što se može koristiti za pokretanje određenih radnji ili igara.
Robotika
U robotici, IMU se koriste za kontrolu pokreta, ravnotežu i navigaciju. IMU izlaz daje informacije o položaju, orijentaciji i kretanju robota, koje se mogu koristiti za kontrolu zglobova i motora robota i navigaciju kroz njegovo okruženje. Na primjer, u humanoidnom robotu, IMU može pomoći robotu da održi ravnotežu dok hoda ili obavlja druge zadatke.
Zaključak
Zaključno, izlaz IMU-a sastoji se od podataka iz akcelerometra, žiroskopa, a ponekad i magnetometra, koji pružaju informacije o linearnoj akceleraciji uređaja, kutnoj brzini i magnetskom polju. Kombiniranjem ovih izlaza pomoću algoritama za fuziju senzora, IMU može procijeniti orijentaciju uređaja u trodimenzionalnom prostoru, što ima širok raspon primjena u raznim industrijama.
Ako ste zainteresirani saznati više o našim IMU-ovima ili imate bilo kakvih pitanja o njihovim rezultatima ili primjenama, slobodno nas kontaktirajte. Rado ćemo razgovarati o vašim specifičnim potrebama i pomoći vam pronaći pravo rješenje za vaš projekt.
Reference
- "Inercijalni navigacijski sustavi s geodetskom primjenom" Gérarda Lachapellea i Michaela E. Cannona
- Karvinen
- "Uvod u inercijalnu navigaciju" Paula D. Grovesa