常見問題

A. IMU,VRU,AHRS 基本認識

1. 6軸,9軸, IMU,VRU,AHRS 分別指的是什麼?

說明: 以下說法是為了方便快速理解的解釋,不是正式定義。

6軸、9軸的概念很好理解:說白了就是模組上裝了哪些,多少感測器

6軸: 3軸(XYZ)加速度計 + 3軸(XYZ)陀螺儀(也叫角速度感測器)

9軸: 6軸 + 3軸(XYZ)磁場感測器

6軸模組可以構成 VRU(垂直參考單元)和 IMU(慣性測量單元),9軸模組可以構成 AHRS(航姿參考系統)。

IMU: 慣性測量單元,可以輸出加速度和角速度。並不輸出姿態角等其他資訊。

VRU: IMU的基礎上內置姿態解算算法,可以輸出姿態資訊。

AHRS: VRU的基礎上修改算法,可以解算被測物體的全姿態,包括絕對的航向角(與地磁北極的夾角)。

B. 性能相關

1. IMU,VRU 和 AHRS 的性能與侷限

IMU:

慣性測量單元,可以輸出加速度和角速度。並不輸出姿態角等其他資訊

VRU:

IMU的基礎上內置姿態解算算法,可以輸出姿態資訊。

靜止狀態下加速度計可以測得重力向量並作為參考,所以靜態下俯仰橫滾角不會漂移而且精度比較高,然而由於航向角與重力垂直,沒有絕對參考,水平方向上的航向角誤差會隨著時間慢慢變大,變的越來越不准 。

當模組運動時,加速度計測量的不僅僅只有重力,還有其他運動加速度(有害加速度),所以模組運動中是不能用重力向量作為參考修正俯仰橫滾角的。一個簡單的結論就是:如果模組長時間處於大機動狀態,那麼三個歐拉角誤差都會隨時間變大(越來越不準),一旦靜止,俯仰橫滾角會被重新"拉"回到正確的位置,而航向角因為沒有參考則不會得到校正。

AHRS:

VRU的基礎上修改算法,可以解算被測物體的全姿態,包括絕對的航向角(與地磁北極的夾角),因為要用到地磁感測器,所以必須是9軸模組。另外室內由於地磁場畸變非常嚴重,AHRS 在室內也很難獲得準確的絕對航向角。

2. 模組可以積分計算速度和位置麼?

理論可以,實際不行(沒有意義)。如果沒有其他方式糾正偏差(比如GPS),那麼位置會很快發散,比如HI226模組,加速度積分得速度,速度積分得位置。這樣二次積分下來,就算是靜止條件下,1min也會飄幾十米。高速運動/機動飄出1KM也是有可能的。 真正純慣導解算得到穩定的位姿應用的都是高端IMU(光纖,激光陀螺等)一般都價值不菲。

3. 模組會受電機等強磁干擾麼?

6軸一點都不會,9軸肯定會,而且非常大。所以9軸模式一般不適用於機器人等周圍有磁性物質的場合。

4. 解釋一下航向角飄移現象?

6軸模組航向角飄移是**必然的**,只是程度的高低不同而已,演算法無法解決晶片性能的極限。需要注意的是所有姿態模組都需要上電靜止1s左右以獲得陀螺零偏,否則航向角飄移會更嚴重,詳見產品手冊描述。

9軸模組需要配置為9軸模式,並且地磁經過校準,並且無地磁空間畸變干擾的環境下才能輸出穩定無飄移的航向角,室內環境下:辦公桌周圍,廠房,實驗室,儀器設備旁的區域空間磁場畸變非常嚴重,9軸模式下航向角指北精度一般都比較差,初次使用可以到戶外先測試模組性能,在拿回室內比較。

5. 沒有轉台等專業設備,如何簡單快速的定性評估動態精度?

一個簡單的定性分析方法:

將模組水平放置,穩定後拿起模組進行隨機機動運動(慢慢動 不要太劇烈,不要超出陀螺量程),運動一定時間(1min)後回到水平位置,這時候會發現俯仰橫滾角有一個緩慢的 "回正" 過程。

這是由於運動中加速度計測量的不再只有重力向量,所以無法提供俯仰橫滾角的絕對參考,只能靠陀螺積分來遞推姿態,隨著時間流逝,純陀螺積分姿態必然會有誤差。

重新水平放置後,模組處於靜止狀態,加速度計測量的又只有重力向量,所以又可以繼續為俯仰、橫滾角提供絕對參考,所以才有 "回正" 過程。 所以,從"回正"的大小程度(而不是快慢)上就可以簡單比較這塊產品的陀螺儀性能。

C-1. 疑問 : 無線 HI221節點 / HI221接收機

1. 接收機會互相干擾嗎?

若使用者已經依照說明書設定不同無線頻段 (GWID),則不會。然而幾項使用情形容易造成互相干擾,需要避免:

  1. 5 米範圍內不建議使用超過 4 組接收機
  2. 每組接收機與配對節點之間距離相近,例如 GWID=1 的接收機與節點距離最近,避免跟 GWID=2 的節點距離最近。