Jak precyzyjne mogę uzyskać za pomocą akcelerometru i żyroskopu

12

Chcę zbudować mały projekt do śledzenia położenia obiektów w przestrzeni. W tym celu zamierzam użyć akcelerometru i żyroskopu.

Problem polega na tym, że chcę, aby śledzenie było bardzo precyzyjne i nie byłem w stanie dowiedzieć się, jak precyzyjnie możesz to osiągnąć (za spore pieniądze). Czy mówimy 1 centymetr, czy centymetry / 1000?

Konkretna kombinacja, którą chcę kupić, pochodzi od SparkFun: płyta IMU Fusion Board - ADXL345 i IMU3000 Ale bardziej interesuje mnie ogólna odpowiedź, ponieważ mogłem przejść do innych kombinacji. Może to tylko ogólna wskazówka, jak to ustalić na podstawie specyfikacji.

RasmusWL
źródło
Czy próbujesz ustawić urządzenie w przestrzeni 3D, czy jest ono w jakiś sposób ograniczone? Czy oprócz pozycji potrzebujesz także informacji o położeniu?
tallganglyguy,
Cóż, naprawdę dbam tylko o pozycje względne. Nie dbam o to, gdzie to jest na świecie (współrzędne GPS itp.). Nie jest to w żaden sposób ograniczone, ale mógłbym ustawić go w stałej pozycji co 15 minut, aby uzyskać właściwą pozycję. Właściwie muszę znaleźć pozycję 5 lub 10 cm przed komponentem, więc zgaduję, że byłoby to trudne bez nastawienia (kierunku).
RasmusWL,
Jak daleko musiałaby podróżować od pozycji odniesienia?
Rocketmagnet
Maks. 60 cm Prawdopodobnie mniej w większości przypadków (około 35 cm)
RasmusWL
Prosta odpowiedź tutaj brzmi: „ile masz pieniędzy?”. Pieniądze = wydajność systemów IMU.
Connor Wolf,

Odpowiedzi:

13

Jak wspomniał Rocketmagnet, z czasem twój błąd będzie narastał. Model błędu zwykle stosowany w nawigacji bezwładnościowej to wzrost wykładniczy.

Aby to zminimalizować, musisz zapewnić aktualizacje zewnętrzne. Najczęściej stosowanym mechanizmem jest filtr Kalmana. Czujniki bezwładnościowe zapewniają bardzo dobre aktualizacje o wysokiej prędkości. Twoje źródło zewnętrzne zapewnia mniej dokładne, ale długoterminowe, stabilne aktualizacje z mniejszą częstotliwością (zwykle coś w rodzaju GPS). Te dwa elementy dają dobre połączone rozwiązanie. Nie wszystkie systemy używają GPS jako źródła aktualizacji. Na przykład kamera IR na przednim panelu Nintendo Wii stanowi źródło tych aktualizacji.

Dam ci przykład, że koszt nie ma znaczenia po stronie rzeczy. Buduję systemy do pomiarów lotniczych, które wykorzystują systemy bezwładnościowe, które kosztują ponad 100 000 euro. Dzięki tym systemom i wysokiej klasy odbiornikom GPS geodezyjnym mogę precyzyjnie wskazać lokalizację IMU na objętość 2 "przez cały dzień, gdy zasięg GPS jest dobry. W przypadku braku aktualizacji GPS (kaniony miejskie, tunele itp.) Po około Po 60 sekundach mamy margines błędu około 10 cm. Systemy o takim poziomie wydajności są zwykle towarami kontrolowanymi przez ITAR, ponieważ są urządzeniami klasy broni.

Niższej jakości systemy inercyjne MEMS są używane przez cały dzień w mniej wymagających aplikacjach, zapewniając pozycję i nastawę poziomu poniżej metra. Te systemy niższej jakości nadal wykorzystują ten sam mechanizm filtrowania Kalmana. Prawdziwym minusem tych jednostek o niższych kosztach jest to, że błąd dryfu będzie narastał znacznie szybciej.

Edytować:

Aby odpowiedzieć na twoje pytanie, co jest ważne, aby szukać w IMU. Jest kilka rzeczy, na które chcesz spojrzeć. Pierwszą jest stabilność temperaturowa. Niektóre czujniki MEMS będą miały wyjścia, które różnią się nawet o 10% w całym zakresie temperatur. Mogą one nie mieć znaczenia, jeśli podczas pracy utrzymasz stałą temperaturę.

Następną rzeczą do rozważenia jest gęstość widmowa szumu żyroskopowego. Oczywiście im niższy poziom hałasu, tym lepiej. Poniższy link zawiera dokumentację dotyczącą przejścia od spektralnej gęstości szumu do dryfu (w stopniach na jednostkę czasu). http://www.xbow.com/pdf/AngleRandomWalkAppNote.pdf

W celu przyspieszenia chcesz spojrzeć na czułość i stronniczość oprócz hałasu. Poziom hałasu daje wyobrażenie o tym, jak szybko zamierzasz zintegrować błąd.

tallganglyguy
źródło
Świetna i pouczająca odpowiedź :) Zasadniczo muszę cały czas mieć bardzo precyzyjny pomiar (mówimy tutaj o milimetr), ruch nie jest bardzo duży (maks. 1 metr), więc jeśli pozycja jest wyłączona o 10 cm, tak naprawdę nie można go użyć. --- Nie wiem, czy to ty pytasz o moduł śledzenia magnetycznego, więc opublikuję komentarz na postu
Rocketmagnets
Patrząc na to, co powiedziałeś, że próbujesz to osiągnąć, brzmi jak rozwiązanie bezwładnościowe, jest złą technologią do rozwiązania twojego problemu. Niestety te poziomy wydajności po prostu nie są dostępne dla ogółu społeczeństwa. Ten arkusz danych zawiera listę błędów pozycji dla różnych awarii GPS (zasadniczo dla twojej aplikacji). Ten IMU kosztuje 70 tys. Euro, a po 5 minutach jest o 40 cm.
tallganglyguy,
OK, brzmi jak masz rację. To nie zadziała. Ale dziękuję za całą pomoc!
RasmusWL
Nie wiem, jaka jest twoja aplikacja ani jakie są twoje ograniczenia, ale oto sugestia. Być może, jeśli masz ramię przegubowe, które będzie punktem odniesienia, który zapewni Ci precyzję, której potrzebujesz. Coś jak ramię faro . Zbuduj ramię z enkoderami w każdym złączu. Wtedy to staje się matematyką! Oczywiście nie musisz być tak precyzyjny jak oni, ale to pomysł, jak dotrzeć do miejsca, w którym chcesz być.
tallganglyguy
dzięki za sugestię, ale to by mi nie pomogło. Zrozumiałem, że to niemożliwe, więc dziękuję za oświecenie mnie :)
RasmusWL
5

Precyzja zależy od czasu. Im dłużej go używasz, tym bardziej rośnie błąd. Przez krótki czas (kilka sekund) precyzja może być całkiem dobra, mniejsza niż 1 mm. Ponieważ jednak IMU nie ma stałego odniesienia do położenia, wkradają się błędy integracji i ostatecznie zostaniesz oddzielony i będziesz podróżował z prędkością światła.

Aby uzyskać dobrą dokładność obrotu, możesz dodać kompas 3-osiowy. Aby uzyskać dobrą dobrą dokładność pozycji, potrzebujesz pewnego rodzaju odniesienia do pozycji. Dokładnie to, co to jest, zależy od tego, jak daleko ma się podróżować urządzenie.

Jeśli chcesz tylko przejechać około metra, polecam zapomnieć o IMU i użyć magnetycznego trckera, takiego jak miniBIRD .

Dla większej odległości możesz użyć GPS.

Rocketmagnet
źródło
Dziękuję za odpowiedź. Zacząłem zadawać więcej pytań na temat miniBIRD, ale zauważyłem cenę. Czy byłby sposób na utrzymanie niskiej ceny i nadal posiadanie dokładności około 1 mm? Mógłbym zresetować pozycję raz na sekundę, ale widzę, że to nie pomoże, jeśli spadnie o 10 cm na 60 sekund.
RasmusWL,
Wow ... ten komentarz miał błąd, oczywiście nie mogę go resetować co sekundę: D Raz na około 15 minut.
RasmusWL,