最近经常被朋友们问起“到底什么是陀螺仪模块、IMU模块、惯导模块”。今天,就以我的理解给大家一个通俗的解释:
说明:以下说法是为了不改变原意的情况下,方便快速理解的比较通俗的解释,不是正式定义。
6轴9轴的概念很好理解:说白了就是模块上装了哪些,多少传感器。
静止状态下加速度计可以测得重力矢量并作为参考,所以静态下俯仰横滚角不会漂移而且精度比较高,然而由于航向角与重力垂直,没有绝对参考,水平方向上的航向角误差会随着时间慢慢变大,变的越来越不准 。
当模块运动时,加速度计测量的不仅仅只有重力,还有其他运动加速度(有害加速度),所以模块运动中是不能用重力矢量作为参考修正俯仰横滚角的。一个简单的结论就是:如果模块长时间处于大机动状态,那么三个欧拉角误差都会随时间变大(越来越不准),一旦静止,俯仰横滚角会被重新"拉"回到正确的位置,而航向角因为没有参考则不会得到校正。
以下是正式定义(不感兴趣的可以不看):
下图是组合导航系统的一个基本的框图,它以加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计、GNSS等作为基本输入,利用融合算法输出用户所需要的姿态信息、位置信息以及速度信息。
理论可以,实际不行(没有意义)。
如果没有其他方式纠正偏差(比如GPS),那么位置会很快发散,比如HI226模块,加速度积分得速度,速度积分得位置。这样二次积分下来,就算是静止条件下,1min也会飘几十米。高速运动/机动飘出1KM也是有可能的。真正纯惯导解算得到稳定的位姿应用的都是高端IMU(光纤,激光陀螺等)一般都价值不菲。
6轴一点都不会,9轴肯定会,而且非常大。所以9轴模式一般不适用于机器人等周围有磁性物质的场合。
6轴模块航向角飘移是必然的,只是程度的高低不同而已,器件决定性能,算法不是万能。需要注意的是所有姿态模块都需要上电静止1s左右以获得陀螺零偏,否则航向角飘移会更严重,详见产品手册描述。
9轴模块需要配置为9轴模式,并且地磁经过校准,并且无地磁空间畸变干扰的环境下才能输出稳定无飘移的航向角,室内环境下:办公桌周围,厂房,实验室,仪器设备旁的区域空间磁场畸变非常严重,9轴模式下航向角指北精度一般都比较差,初次使用可以到户外先测试模块性能,在拿回室内比较。
(这里是定性分析,无法给出定量结果): 一个简单的定性分析方法:将模块水平放置,稳定后拿起模块进行随机机动运动(慢慢动,不要太剧烈,不要超出陀螺量程),运动一定时间(2-5min)后回到水平位置,这时候会发现俯仰横滚角有一个"回正"过程。
这是由于运动中加速度计测量的不再只有重力矢量,所以无法提供俯仰横滚角的绝对参考,只能靠陀螺积分来递推姿态,随着时间流逝,纯陀螺积分姿态必然会有误差。重新水平放置后,模块处于静止状态,加速度计测量的又只有重力矢量,所以又可以继续为俯仰横滚角提供绝对参考,所以才有“回正”过程。所以,从"回正"的大小幅度(而不是快慢)上就可以简单定性的比较这块产品的陀螺性能。回正幅度越大说明陀螺在运动过程中累计的误差越大。
另外,这个“回正”的过程如果只是通过看俯仰横滚数值是很难用肉眼看出来的,必须借助上位机使用曲线或者可视化仪表盘观察。