Quanto preciso posso ottenere con l'accelerometro e il giroscopio

Voglio costruire un piccolo progetto per tracciare una posizione degli oggetti nello spazio. Per questo intendo usare un accelerometro e un giroscopio.

Il problema è che voglio che questo monitoraggio sia molto preciso e non sono stato in grado di capire quanto si possa effettivamente ottenere (per una discreta quantità di denaro). Stiamo parlando di 1 centimetro o centimetri / 1000?

La combinazione specifica che sto cercando di acquistare proviene da SparkFun: IMU Fusion Board - ADXL345 e IMU3000 Ma sono più interessato a una risposta generale, come potrei andare con altre combinazioni. Forse solo una linea guida generale su come determinarlo dalle specifiche.

sensor accelerometer gyro

— RasmusWL
fonte

Stai cercando di posizionare il dispositivo nello spazio 3D o è vincolato in qualche modo? Inoltre, hai bisogno di informazioni sull'atteggiamento oltre alla posizione?

— tallganglyguy,

Beh, mi interessa davvero solo le posizioni relative. Non mi interessa dove si trova nel mondo (coordinate GPS o qualcosa del genere). Non è vincolato in alcun modo, ma sarei in grado di portarlo in una posizione fissa ogni 15 minuti per ottenere la posizione giusta. In realtà ho bisogno di trovare la posizione di 5 o 10 cm davanti al componente, quindi immagino che sarebbe difficile senza l'atteggiamento (direzione).

— RasmusWL,

Quanto lontano dovrebbe viaggiare dalla posizione di riferimento?

— Rocketmagnet,

Max 60 cm. Probabilmente meno nella maggior parte dei casi (circa 35 cm)

— RasmusWL

La semplice risposta qui è "quanti soldi hai?". Denaro = Prestazioni per i sistemi IMU.

— Connor Wolf,

Risposte:

Come menzionato da Rocketmagnet, il tuo errore crescerà nel tempo. Il modello di errore generalmente utilizzato nella navigazione inerziale è una crescita esponenziale.

Per ridurre al minimo questo è necessario fornire aggiornamenti esterni. Il meccanismo tipicamente impiegato è un filtro Kalman. I sensori inerziali forniscono ottimi aggiornamenti ad alta velocità. La tua fonte esterna fornisce aggiornamenti stabili meno precisi ma a lungo termine a una velocità inferiore (in genere qualcosa come il GPS). Questi due si combinano per darti una buona soluzione combinata. Non tutti i sistemi utilizzano il GPS come fonte di aggiornamento. Ad esempio, l'imager IR sulla parte anteriore del telecomando Nintendo Wii fornisce la fonte di questi aggiornamenti.

Ti darò un esempio del costo non è un fattore secondario delle cose. Costruisco sistemi per il rilevamento aereo che utilizzano sistemi inerziali che costano oltre 100.000 euro. Con questi sistemi e ricevitori GPS geodetici di fascia alta sono in grado di individuare la posizione dell'IMU su un volume di 2 "per tutto il giorno quando la copertura GPS è buona. In assenza di aggiornamenti GPS (canyon urbani, tunnel, ecc.) Dopo circa 60 secondi abbiamo un margine di errore di circa 10 cm. I sistemi con questo livello di prestazioni sono in genere prodotti controllati ITAR in quanto sono dispositivi di grado armi.

I sistemi inerziali MEMS di qualità inferiore vengono utilizzati tutto il giorno in applicazioni meno impegnative, garantendo una posizione e un assetto di livello inferiore al metro. Questi sistemi di qualità inferiore utilizzano ancora lo stesso meccanismo di filtraggio Kalman. Il vero svantaggio di queste unità a basso costo è che l'errore di deriva crescerà a un ritmo molto più veloce.

Modificare:

Per rispondere alla tua domanda su cosa è importante cercare in una IMU. Ci sono un paio di cose che vuoi guardare. Il primo è la stabilità della temperatura. Alcuni sensori MEMS avranno uscite che variano fino al 10% nell'intervallo di temperatura. Questi potrebbero non avere importanza se si è a temperatura costante durante il funzionamento.

La prossima cosa da considerare è la densità spettrale del rumore giroscopico. Ovviamente più basso è il rumore, meglio è. Il seguente link fornisce la documentazione su come passare dalla densità del rumore spettrale alla deriva (in gradi per unità di tempo). http://www.xbow.com/pdf/AngleRandomWalkAppNote.pdf

Per l'accelerazione vuoi guardare la sensibilità e la distorsione oltre al rumore. Il livello di rumore ti darà un'idea di quanto velocemente integrerai l'errore.

— tallganglyguy
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Risposta eccezionale e istruttiva :) Fondamentalmente ho bisogno di avere misurazioni sempre precise (stiamo parlando di un millimetro qui), il movimento non è molto grande (max 1 metro), quindi se la posizione è disattivata di 10 cm, non può davvero essere usato. --- Non so se sei il ragazzo a chiedere del tracker magnetico, quindi

— posterò

Guardando quello che hai detto che stai cercando di ottenere sembra che una soluzione inerziale sia la tecnologia sbagliata per risolvere il tuo problema. Sfortunatamente quei livelli di prestazione non sono disponibili al grande pubblico. Questo foglio dati contiene un elenco di errori di posizione elencati per diverse interruzioni GPS (essenzialmente l'applicazione). Questa IMU costa 70k Euro e dopo 5 minuti esce di 40cm.

— tallganglyguy,

Okay, sembra che tu abbia ragione. Questo non funzionerà. Ma grazie per tutto l'aiuto!

— RasmusWL,

Non so quale sia la tua domanda o quali siano i tuoi limiti, ma ecco un suggerimento. Forse se tu avessi un braccio articolato essere il tuo punto di riferimento che ti darebbe la precisione di cui hai bisogno. Qualcosa come il braccio faro . Costruire un braccio con encoder in ogni giunto. Quindi diventa solo matematica! Ovviamente non avresti bisogno di essere preciso come loro, ma è un'idea su come arrivare dove vuoi essere.

— tallganglyguy,

grazie per il suggerimento, ma non avrebbe funzionato per me. Ho capito che non è possibile, quindi grazie per avermi illuminato :)

— RasmusWL,

La precisione che ottieni dipende dal tempo. Più a lungo lo usi, più l'errore aumenterà. Per un breve periodo (un paio di secondi), la precisione può essere piuttosto buona, meno di 1 mm. Tuttavia, poiché un'IMU non ha riferimenti di posizione fissi, si insinueranno errori di integrazione, e alla fine sarai spento e viaggerai alla velocità della luce.

Per ottenere una buona precisione di rotazione, è possibile aggiungere una bussola a 3 assi. Per ottenere una buona precisione della posizione, è necessario un tipo di riferimento di posizione. Ciò che esattamente dipende da quanto lontano vuoi che il dispositivo viaggi.

Se vuoi percorrere solo un metro o giù di lì, ti consiglio di dimenticare l'IMU e di utilizzare un dispositivo magnetico come miniBIRD .

Per una distanza più lunga è possibile utilizzare il GPS.

— Rocketmagnet
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Grazie per la risposta. Ho iniziato a fare altre domande su miniBIRD, ma poi ho notato il prezzo. Ci sarebbe un modo per mantenere basso il prezzo e avere comunque una precisione di circa 1 mm? Avrei la possibilità di ripristinare la posizione una volta al secondo, ma vedo che questo non aiuterà se si spegne di 10 cm per 60 secondi.

— RasmusWL,

Caspita .. quel commento ha avuto un errore, ovviamente non posso resettarlo ogni secondo: D Una volta ogni 15 minuti circa.

— RasmusWL,