什么是IMU?

所有 Marvelmind信标 都配有6D惯性测量单元(IMU),包括3D 加速度计 和3D 陀螺仪.

什么是陀螺仪?

请先查阅维基百科的定义: 陀螺仪。

重要提示:

  • 陀螺仪提供的是方向的变化,而不是相对于墙壁或固定信标的方向。因此,即使机器人装有陀螺仪,也无法确定自己的朝向。但它可以轻松测量出例如13.7度的转动,分辨率非常高、更新率很高、延迟很低
  • 陀螺仪会漂移;校准后漂移更小

演示

查看IMU的实时表现: 旋转立方体 ——该功能仅用于我们的研发,Dashboard默认不提供。但您可以在Dashboard中轻松查看陀螺仪和加速度计的曲线:

  • 打开Dashboard => View (Tools) => Accelerometer data
  • 打开Dashboard => View (Tools) => Gyroscope data

用配对信标获取方向

请注意,我们的信标内部没有磁力计。不过,可以比较容易地通过Super-Beacon上可用的I2C、UART或SPI接口外接磁力计。

我们 不建议在室内使用磁力计 ,因为铁磁性金属、移动目标自身的铁磁性金属外壳,以及室内布线或移动设备上的电流所产生的磁场,都可能严重扭曲地磁场。

我们建议采用配对信标配置:在移动目标上安装两个或更多移动信标,基线尽可能长,即使在静止状态下也能获得非常精确的方向数据:

IMU不提供方向

为避免混淆,我们再次强调: IMU(陀螺仪)并不提供方向。 它提供的是 方向的变化。 它非常准确、精密、稳定,即使不校准,漂移也相对较小。但它提供的不是方向,而是相对于某个选定方向的方向变化。

GPS同样不提供方向。GPS只给出位置,不给出方向。

仅用一个信标加IMU也可以获得方向:

  • 在IMU中锁定当前方向——记录IMU读数
  • 向任意方向前进/飞行30-100厘米,并借助IMU/陀螺仪保持直线
  • 用超声波定位测量位置
  • 将IMU读数与超声波位置读数关联起来,后者同样应构成一条直线
  • 计算位置
  • 持续用超声波定位校准IMU的长期漂移,而IMU读数只用于获取方向的快速变化
 
因此,确实可以只用一个带IMU的移动信标获得实际方向,但是:
  • 这相当复杂、繁琐
  • 必须先行驶或飞行一段距离才能确定方向。很多情况下,这根本不可取、不可行或无法做到
  • 需要自己实现超声波+IMU锁定和持续校准
 
因此,条件允许时,推荐采用配对信标配置。这种方法可提供:
  • 静止状态下的方向
  • 已实现并启用的超声波+IMU方向传感器融合:方向更新率100Hz,延迟约10毫秒
 
配对信标功能的缺点也很明显:
  • 适用于相对较大的目标,移动信标之间的基线需大于30厘米。基线10厘米也可以尝试,但方向可能相当不准,甚至不稳定
  • 多一个移动信标 = 多一份重量和成本

更多内容请阅读我们的相关博客文章: 每架无人机需要多少个移动信标?

协议与接口

IMU数据可从以下设备获取:

  • 移动信标:100Hz IMU数据,延迟约10毫秒
  • 调制解调器:IMU数据随超声波位置更新一起输出(通常约8Hz)
 
请注意,从移动信标和调制解调器获取的是相同的数据,但调制解调器输出的IMU数据更新率要低得多(约低10倍),延迟也更高(约高10倍)。因此,如果您需要更新率更高、延迟更低的IMU数据,请直接从移动信标获取,并在移动设备上本地“使用”,而不是在调制解调器端。

IMU数据包括:

  • 原始IMU数据:3D加速度计和3D陀螺仪
  • 四元数
  • 基于配对信标的方向——实际上就是四元数的偏航角

下载 协议说明 ,了解更多详情。

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