CẢM BIẾN VÀ ỨNG DỤNG BỘ CẢM BIẾN IMU Hoàng Khắc Anh Nguyễn Hoàng Vũ Nguyễn Hồng Thành
Tổng quan
IMU (Inertial measurement units ! c" c#u $o l%&ng 'un t)nh Thi*t +, $i- . .n t/ $%0c 12ng $3 $o 4à cho ra cc gi tr, 45 . .n t6c7 h%8ng7 gia t6c tr9ng tr%&ng c:a m; . ng7 $i3n h=nh là my .t
u ?hi3n 'u tr=nh chuy3n $; . ng c:a cc
Tổng quan
IMU hoBt $; . ng +Cng cch Dc $,nh gi tr, hi- . .ng .n tBi c:a gia t6c ?hi s/ 1Eng m; . .t ho@ . .c nhi>u cFm +i*n gia t6cG N cũng u cFm +i*n gyro
Đặc điểm
Nh%0c $i3m! lOi t)ch lũyG H- . th6ng 1Pn $%&ng li-n tEc th-m 4ào nhng thay $Ji $%0c
Cấu !" c#ung
W cFm +i*n gia t6c (accelerometer) ◦
◦
Các trục đo trực giao Xác định gia tốc quán tính
W cFm +i*n gyro ◦
XYt trong hZ trc giao t%"ng t cFm +i*n gia t6c
C$m %i&n gia 'c
Nguy-n l[! s/ 1Eng 'un t)nh c:a \ 4]t $3 $o s thay $Ji gia gia t6c $^ng h9c trong ?h;ng gian 'un t)nh so 48i gia t6c tr9ng tr%&ng
C$m %i&n gia 'c
Hu h*t cc gia t6c $%0c chia làm _ loBi! ?` thu]t s6 4à analogG ◦
◦
ia t6c ?` thu]t s6 sS cung c#< th;ng tin +Cng cch s/ 1Eng m^t giao thbc n6i ti*< nh% I_7 LI7 UAT ia t6c t%"ng t sS ra m^t mbc $iZn < trong m^t
C$m %i&n G()"
yro c"!hoBt $^ng 1a tr-n nguy-n l[ +Fo toàn moment c:a m^t 4]t th3 chuy3n $^ng 'uay ?hi tJng cc lc tc 1Eng l-n 4]t triZt ti-uG ◦
◦
◦
#u tBo
C$m %i&n G()"
yro 'uang! 1a tr-n hiZu bng agnac (hiZu bng giao thoa nh sng t%"ng 'uan 48i 4]n t6c 'uay ◦
◦
◦
#u tBo $"n giFn 4à hu nh% ?h;ng c +^
C$m %i&n G()"
yro rung! ◦
◦
◦
X^ ch)nh Dc ?h;ng cao i thành r#t th#< Thành
C$m %i&n * )+,ng
hia làm _ loBi ch)nh! ◦
◦
calar magnetometer ! $o tJng c%&ng $^ t tr%&ng Vecto magnetometer ! $o tng thành
Digia- c"m.a// IC 0MC12234
Thi*t +, $o c%&ng $^ t tr%&ng theo W trEcG / 1Eng giao ti*< I_ T)ch h0< +^ chuy3n $Ji Ad \_+it X^ ch)nh Dc \ $*n _ h
h
M5U 6717 M"i"n T)ac8ing
Thi*t +, Dc $,nh chuy3n $^ng theo trEc ồm gia t6c ?* W trEc 4à yro W trEc / 1Eng giao ti*< I_ th3 ?*t h0< trc ti*< 48i cFm +i*n la +àn T)ch h0< +^ chuy3n $Ji Ad \j+it ◦
◦
W +^ D/ l[ t)n hiZu $u ra c:a gia t6c ?* W +^ D/ l[ t)n hiZu $u ra c:a yro
X^
◦
yro! k_s ia t6c ?*! k\g
M5U 6717 M"i"n T)ac8ing
5#+9ng .#:. 8#;ng gian < c#i=u
u 1iễn theo gc uler sS DQy ra hiZn t%0ng im+la oc? ?h;ng gian p chi>u
X%0c u X,nh ngha
5#+9ng .#:. 8#;ng gian < c#i=u
K*t h0< 48i chuy3n $^ng 'uay
Ma tr]n chuy3n $^ng 'uay trong ?h;ng gian ucli1e
5#+9ng .#:. 8#;ng gian < c#i=u
huy3n $Ji t gc uler sang ?h;ng gian p chi>u
huy3n $Ji t ?h;ng gian p chi>u sang gc uler
5#+9ng .#:. 8#;ng gian < c#i=u
Lh< nh5n hai 4ecto trong ?h;ng gian p chi>u
>ai /' #? #'ng
Các giá trị offset của cảm biến được cài đặt không đúng với giá trị thc tế! "i#c hàn $C %&n 'C( không đảm bảo các tr)c t*a đ+ v,ông g-c nha,. m/i cảm biến s0 c- m+t h# tr)c t1o đ+ ri&ng 23n đến không đ4ng nh5t c6ng m+t h# tr)c t*a đ+! "i#c %7m đặt thiết bị 8$9: và 9;<=> %&n h# th?ng c@n đo cAng c- thB 23n đến sai %#ch 2o h# tr)c t*a đ+ của $9: ha 9;<= không tr6ng với h# tr)c t*a đ+ c,ả h# th?ng c@n đo 9+t ng,&n nhDn nEa %à v5n đF nhiG,! Hai s? của tIng %o1i cảm biến
>ai /' c$m %i&n @An 'c gc
Hai s? chủ ế, của cảm biến vJn t?c g-c %à giá KhDn cc ha %à giá trị offset ha %à điF, ki#n đ@,!
>ai /' c$m %i&n @An 'c gc
ta th5 rLng nế, như c- sai s? với cảm biến vJn t?c g-c 8 =ro> thM sai s? nà s0 được tNch %A theo thOi gian! "M vJ chP c- ri&ng =ro thM h# th?ng s0 không thB 4n định được ha n-i đúng hQn %à h# th?ng không thB nào h+i t) được! Rhi đ- chúng ta s0 c@n đến cảm biến tr*ng trưOng đB b6 =ro S T g-c
>ai /' c$m %i&n gia 'c gc @ * )+,ng
Hai s? t1o ra c- thB %à 2o Y giá trị offset 8 giá trị S Zg> không chNnh [ác. nhiG, t@n s?. nhiG, 2o các vJt kim %o1i đặt [,ng \,anh %àm tha đ]i t^ trưOng [,ng \,anh cảm biến!
B -Ec F0>
HQ đ4 kh?i cho b+ %*c 9;<= 26ng ;cce%ermeter và 9agnetometer và =ro
B -Ec F0>
(_=$` RhSi t1o giá trị \,arternion ban đ@,
Nnh toán hướng tham khảo của sensor tI trưOng và tr*ng trưOng Nnh toán sai s? giEa giá trị tham khảo và giá trị đo được của sensor tI trưOng và tr*ng trưOng
i#, chPnh giá trị đ*c tI gro Nnh giá trị \,arternion _`
B -Ec F0> ướng của h# t*a đ+ trái đ5t với h# t*a đ+ sensor t1i thOi điBm t
B -Ec F0> ướng của tI trưOng trái đ5t t1i thOi điBm t
ướng tham khảo tI trưOng trái đ5t \,a b+ %*c t1i thOi điBm t
B -Ec F0> =iá trị tham khảo của hướng tr*ng trưOng \,a b+ %*c
=iá trị tham khảo của hướng tI trưOng \,a b+ %*c
B -Ec F0> Hai s? giEa giá trị tham khảo và giá trị đo đượcY ex = (ay * ! " a! * y) # (my * $! " m! * $y) ey = (a! * x " ax * !) # (m! * $x " mx * $!) e! = (ax * y " ay * x) # (mx * $y " my * $x)
Nnh toán %1i giá trị vecto vJn t?c g-c của groY
d8t> e8t>RK e8tj>e8t>Ri
B -Ec Ha-man
(_=$` RhSi t1o hướng ước %ượng t1i thOi điBm đ@, 2a vào sensor gia t?c W*c vF giá trị tI sensor gia t?c t1i tIng thOi điBm Nnh giá trị hướng gro tI giá trị hướng ước %ượng t1i thOi điBm trước đ- và giá trị gro đ*c vF
Nnh hướng ước %ượng t1i thOi điBm hi#n t1i
_`
B -Ec Ha-man
1i thOi điBm t ZY
B -Ec Ha-man
1i thOi điBm tY 8tj> atanT8 <[_st8tj> . <_st8tj> > 8tj> atanT8 <_st8tj> . <[_st8tj> > 8tj> atanT8 <_st8tj> . <_st8tj> >
B -Ec Ha-man
1i thOi điBm tY
a c- T giá trị Y giá trị đ*c vF tI sensor gia t?c và giá trị th, được tI và gro! 6ng cả hai giá trị đB tNnh
rong công thc tr&n V=ro n-i cho ta biết đ+ tin cJ như thế nào giEa gro so với gia t?c kế! =iá trị nà thưOng được %5 trong khoảng !!TZ s0 cho kết \,ả t?t! Ch,pn h-a %1i vecto hướng và tiếK t)c %ặK %1i
