Quelle précision puis-je obtenir avec l'accéléromètre et le gyroscope

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Je veux construire un petit projet pour suivre la position d'un objet dans l'espace. Pour cela, j'ai l'intention d'utiliser un accéléromètre et un gyroscope.

Le problème est que je veux que ce suivi soit très précis, et je n'ai pas été en mesure de déterminer la précision que vous pouvez réellement obtenir (pour une bonne somme d'argent). Parle-t-on de 1 centimètre, ou centimètres / 1000?

La combinaison spécifique que je cherche à acheter provient de SparkFun: IMU Fusion Board - ADXL345 & IMU3000 Mais je suis plus intéressé par une réponse générale, car je pourrais aller avec d'autres combinaisons. Peut-être juste une indication générale sur la façon de le déterminer à partir des spécifications.

RasmusWL
la source
Essayez-vous de positionner l'appareil dans l'espace 3D ou est-il contraint d'une manière ou d'une autre? De plus, avez-vous besoin d'informations sur l'attitude en plus de la position?
tallganglyguy du
Eh bien, je ne me soucie que des positions relatives. Je me fiche de savoir où il se trouve dans le monde (cordes GPS ou quelque chose comme ça). Il n'est pas contraint de quelque manière que ce soit, mais je pourrais le prendre à une position fixe toutes les 15 minutes pour obtenir la bonne position. En fait, j'ai besoin de trouver la position à 5 ou 10 cm devant le composant, donc je suppose que ce serait difficile sans l'attitude (direction).
RasmusWL
Quelle distance faudrait-il pour parcourir la position de référence?
Rocketmagnet
Max 60 cm. Probablement moins dans la plupart des cas (environ 35 cm)
RasmusWL
La réponse simple ici est "combien d'argent avez-vous?". Argent = performances pour les systèmes IMU.
Connor Wolf

Réponses:

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Comme l'a mentionné Rocketmagnet, votre erreur va augmenter avec le temps. Le modèle d'erreur généralement utilisé en navigation inertielle est une croissance exponentielle.

Pour minimiser cela, vous devez fournir des mises à jour externes. Le mécanisme généralement utilisé est un filtre de Kalman. Les capteurs inertiels fournissent de très bonnes mises à jour à haut débit. Votre source externe fournit des mises à jour moins précises mais stables à long terme à un taux inférieur (généralement quelque chose comme le GPS). Ces deux éléments se combinent pour vous donner une bonne solution combinée. Tous les systèmes n'utilisent pas le GPS comme source de mise à jour. Par exemple, l'imageur IR à l'avant de la télécommande Nintendo Wii fournit la source de ces mises à jour.

Je vais vous donner un exemple du coût n'est pas du côté des choses. Je construis des systèmes de levés aériens qui utilisent des systèmes inertiels qui coûtent plus de 100 000 euros. Avec ces systèmes et récepteurs GPS géodésiques haut de gamme, je peux localiser l'emplacement de l'IMU à un volume de 2 "toute la journée lorsque la couverture GPS est bonne. En l'absence de mises à jour GPS (canyons urbains, tunnels, etc.) après environ 60 secondes, nous avons une marge d'erreur d'environ 10 cm. Les systèmes avec ce niveau de performance sont généralement des marchandises contrôlées par l'ITAR car ce sont des appareils de qualité militaire.

Des systèmes inertiels MEMS de qualité inférieure sont utilisés toute la journée dans des applications moins exigeantes, ce qui donne une position et une attitude de niveau inférieur au mètre. Ces systèmes de qualité inférieure utilisent toujours le même mécanisme de filtrage Kalman. Le véritable inconvénient de ces unités à moindre coût est que votre erreur de dérive augmentera à un rythme beaucoup plus rapide.

Éditer:

Pour répondre à votre question sur ce qu'il est important de rechercher dans une IMU. Il y a deux ou trois choses que vous souhaitez examiner. Le premier est la stabilité de la température. Certains capteurs MEMS vont avoir des sorties qui varient jusqu'à 10% sur la plage de température. Ceux-ci peuvent ne pas avoir d'importance si vous êtes à une température constante pendant le fonctionnement.

La prochaine chose à considérer est la densité spectrale du bruit gyroscopique. Évidemment, plus le bruit est faible, mieux c'est. Le lien suivant fournit une documentation sur la façon de passer de la densité de bruit spectrale à la dérive (en degrés par unité de temps). http://www.xbow.com/pdf/AngleRandomWalkAppNote.pdf

Pour l'accélération, vous voulez regarder la sensibilité et le biais en plus du bruit. Le niveau de bruit vous donnera une idée de la rapidité avec laquelle vous allez intégrer l'erreur.

tallganglyguy
la source
Grande réponse informative :) Fondamentalement, j'ai besoin d'avoir une mesure très précise tout le temps (nous parlons d'un millimètre ici), le mouvement n'est pas très grand (max 1 mètre), donc si la position est décalée de 10 cm, il ne peut pas vraiment être utilisé. --- Je ne sais pas si vous êtes le gars à poser des questions sur le tracker magnétique, alors je
posterai
En regardant ce que vous avez dit que vous essayez d'atteindre, cela ressemble à une solution inertielle n'est pas la bonne technologie pour résoudre votre problème. Malheureusement, ces niveaux de performances ne sont tout simplement pas disponibles pour le grand public. Cette fiche technique contient une liste des erreurs de position répertoriées pour différentes pannes GPS (essentiellement votre application). Cet IMU coûte 70k euros et après 5 minutes, il est de 40 cm.
tallganglyguy
D'accord, on dirait que tu as raison. Ça ne va pas marcher. Mais merci pour toute l'aide!
RasmusWL
Je ne sais pas quelle est votre application ni quelles sont vos limites, mais voici une suggestion. Peut-être que si vous aviez un bras articulé comme point de référence, vous obtiendriez la précision dont vous avez besoin. Quelque chose comme le bras faro . Construisez un bras avec des encodeurs dans chaque articulation. Alors ça devient juste des maths! Évidemment, vous n'auriez pas besoin d'être aussi précis qu'eux, mais c'est une idée sur la façon d'arriver où vous voulez être.
tallganglyguy
merci pour la suggestion, mais ça ne marcherait pas pour moi. J'ai compris que ce n'était pas possible, alors merci de m'éclairer :)
RasmusWL
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La précision que vous obtenez dépend du temps. Plus vous l'utilisez longtemps, plus l'erreur augmentera. Pendant une courte période (quelques secondes), la précision peut être assez bonne, inférieure à 1 mm. Cependant, comme une IMU n'a pas de référence de position fixe, des erreurs d'intégration vont s'introduire, et finalement vous serez hors tension et voyagerez à la vitesse de la lumière.

Pour obtenir une bonne précision de rotation, vous pouvez ajouter une boussole à 3 axes. Pour obtenir une bonne précision de position, vous avez besoin d'une sorte de référence de position. Exactement ce que cela dépend de la distance que vous souhaitez parcourir avec l'appareil.

Si vous ne souhaitez parcourir qu'un mètre environ, je vous recommande d'oublier l'IMU et d'utiliser un magnétophone comme le miniBIRD .

Pour une distance plus longue, vous pouvez utiliser le GPS.

Rocketmagnet
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Merci d'avoir répondu. J'ai commencé à poser d'autres questions sur miniBIRD, mais j'ai ensuite remarqué le prix. Y aurait-il un moyen de maintenir le prix bas tout en conservant une précision d'environ 1 mm? J'aurais la possibilité de réinitialiser la position une fois par seconde, mais je peux voir que cela n'aidera pas si elle s'éteint de 10 cm sur 60 secondes.
RasmusWL
Wow .. ce commentaire avait une erreur, bien sûr, je ne peux pas le réinitialiser toutes les secondes: D Une fois toutes les 15 minutes environ.
RasmusWL