Насколько точно я могу получить акселерометр и гироскоп

12

Я хочу построить небольшой проект для отслеживания положения объектов в пространстве. Для этого я намерен использовать акселерометр и гироскоп.

Проблема в том, что я хочу, чтобы это отслеживание было очень точным, и я не смог выяснить, насколько точно вы можете получить (за приемлемые деньги). Мы говорим 1 сантиметр или сантиметры / 1000?

Конкретная комбинация, которую я хочу купить, у SparkFun: IMU Fusion Board - ADXL345 и IMU3000 Но меня больше интересует общий ответ, так как я мог бы пойти с другими комбинациями. Может быть, просто общее руководство, как определить это из спецификаций.

RasmusWL
источник
Вы пытаетесь расположить устройство в трехмерном пространстве или оно каким-то образом ограничено? Кроме того, вам требуется информация об отношении в дополнение к позиции?
Tallganglyguy
Ну, я действительно действительно забочусь об относительных позициях. Меня не волнует, где это находится в мире (координаты GPS или что-то в этом роде). Он не ограничен каким-либо образом, но я мог бы переводить его в фиксированное положение каждые 15 минут, чтобы получить правильное положение. На самом деле мне нужно найти положение 5 или 10 см перед компонентом, поэтому я предполагаю, что это было бы трудно без ориентации (направления).
RasmusWL
Как далеко нужно будет пройти от контрольной позиции?
Ракетный магнит
Макс 60 см Вероятно, меньше в большинстве случаев (около 35 см)
RasmusWL
Простой ответ здесь: «Сколько у вас денег?». Деньги = Производительность для систем IMU.
Коннор Вольф,

Ответы:

13

Как упомянул Rocketmagnet, ваша ошибка будет расти со временем. Модель ошибок, обычно используемая в инерциальной навигации, представляет собой экспоненциальный рост.

Чтобы минимизировать это, вы должны предоставить внешние обновления. Обычно используемый механизм представляет собой фильтр Калмана. Инерционные датчики обеспечивают очень хорошие скорости обновления. Ваш внешний источник обеспечивает менее точные, но долгосрочные стабильные обновления с более низкой скоростью (обычно что-то вроде GPS). Эти два в совокупности дают вам хорошее комбинированное решение. Не все системы используют GPS в качестве источника обновлений. Например, источник инфракрасных изображений на передней панели пульта дистанционного управления Nintendo Wii обеспечивает источник этих обновлений.

Я приведу вам пример того, как стоимость не имеет отношения к вещам. Я создаю системы для аэрофотосъемки, в которых используются инерционные системы стоимостью более 100 000 евро. С помощью этих систем и высококлассных геодезических GPS-приемников я могу точно определить местоположение IMU до 2 "объема в течение всего дня, когда покрытие GPS хорошее. При отсутствии обновлений GPS (городские каньоны, туннели и т. Д.) Примерно через 60 секунд мы имеем погрешность около 10 см. Системы с таким уровнем производительности, как правило, являются товарами, контролируемыми ITAR, поскольку они являются оружейными устройствами.

Инерциальные системы MEMS более низкого качества используются в течение всего дня в менее требовательных приложениях, обеспечивая положение и положение уровня подметра счетчика. Эти системы низкого качества все еще используют тот же механизм фильтрации Калмана. Реальным недостатком этих более дешевых единиц является то, что ваша ошибка дрейфа будет расти гораздо быстрее.

Редактировать:

Чтобы ответить на ваш вопрос о том, что важно искать в ИДУ. Есть пара вещей, на которые вы хотите посмотреть. Первое - это стабильность температуры. Некоторые датчики MEMS будут иметь выходы, которые изменяются на 10% в диапазоне температур. Это может не иметь значения, если вы находитесь при постоянной температуре во время работы.

Следующее, что следует рассмотреть, - это спектральная плотность гироскопического шума. Очевидно, что чем меньше уровень шума, тем лучше. Следующая ссылка содержит документацию о том, как добраться от спектральной плотности шума до дрейфа (в градусах за единицу времени). http://www.xbow.com/pdf/AngleRandomWalkAppNote.pdf

Для ускорения вы хотите посмотреть на чувствительность и смещение в дополнение к шуму. Уровень шума даст вам представление о том, как быстро вы собираетесь интегрировать ошибки.

tallganglyguy
источник
Отличный и информативный ответ :) В основном мне нужно все время проводить очень точные измерения (здесь мы говорим миллиметр), движение не очень большое (максимум 1 метр), поэтому, если позиция отклонена на 10 см, это действительно не может быть использовано. --- Я не знаю, если вы парень, чтобы спросить о магнитном трекере, поэтому я
опубликую
Глядя на то, что вы сказали, вы пытаетесь достичь этого, звучит как инерционное решение - это неправильная технология для решения вашей проблемы. К сожалению, эти уровни производительности просто не доступны для широкой публики. Эта таблица данных содержит список ошибок положения, перечисленных для различных отключений GPS (по существу, для вашего приложения). Этот IMU стоит 70 тыс. Евро, а через 5 минут он выходит на 40см.
tallganglyguy
Хорошо, звучит так, как будто ты прав. Это не сработает. Но спасибо за помощь!
RasmusWL
Я не знаю, какова ваша заявка или каковы ваши ограничения, но вот предложение. Возможно, если бы у вас была сочленяющая рука, она могла бы помочь вам достичь необходимой точности. Что-то вроде руки фаро . Соберите руку с энкодерами в каждом суставе. Тогда это просто становится математикой! Очевидно, вам не нужно быть точным, как они, но это идея о том, как добраться туда, где вы хотите быть.
tallganglyguy
спасибо за предложение, но это не сработает для меня. Я понял, что это невозможно, так что спасибо, что просветили меня :)
RasmusWL
5

Точность, которую вы получаете, зависит от времени. Чем дольше вы его используете, тем больше будет ошибка. В течение короткого времени (пара секунд) точность может быть довольно хорошей, менее 1 мм. Однако, поскольку IMU не имеет фиксированной привязки позиции, ошибки интеграции будут появляться, и в конечном итоге вы будете отключены и будете путешествовать со скоростью света.

Чтобы получить хорошую точность вращения, вы можете добавить 3-осевой компас. Чтобы получить хорошую и точную позицию, вам нужна какая-то ссылка на позицию. Что именно, это зависит от того, как далеко вы хотите, чтобы устройство путешествовало.

Если вы хотите проехать только метр или около того, я рекомендую забыть об IMU и использовать магнитный трекер, такой как miniBIRD .

Для более длинного расстояния вы можете использовать GPS.

Rocketmagnet
источник
Спасибо за ответ. Я начал задавать еще несколько вопросов о miniBIRD, но потом заметил цену. Есть ли какой-нибудь способ удержать цену на низком уровне и при этом иметь точность около 1 мм? У меня была бы возможность сбрасывать позицию раз в секунду, но я вижу, что это не поможет, если она исчезнет на 10 см за 60 секунд.
RasmusWL
Ух ты ... в этом комментарии была ошибка, конечно, я не могу сбросить ее каждую секунду: D Раз в 15 минут или около того.
RasmusWL