Como posso obter precisão com acelerômetro e giroscópio

Eu quero construir um pequeno projeto para rastrear uma posição de objetos no espaço. Para isso, pretendo usar um acelerômetro e um giroscópio.

O problema é que eu quero que esse rastreamento seja muito preciso e não consegui descobrir o quão preciso você pode obter (por uma quantia justa de dinheiro). Estamos falando de 1 centímetro ou centímetros / 1000?

A combinação específica que estou procurando comprar é do SparkFun: IMU Fusion Board - ADXL345 e IMU3000 Mas estou mais interessado em uma resposta geral, pois poderia usar outras combinações. Talvez apenas uma orientação geral de como determiná-lo a partir das especificações.

Como o Rocketmagnet mencionou, seu erro aumentará com o tempo. O modelo de erro normalmente usado na navegação inercial é um crescimento exponencial.

Para minimizar isso, você deve fornecer atualizações externas. O mecanismo normalmente empregado é um filtro Kalman. Os sensores inerciais fornecem atualizações muito boas de taxa alta. Sua fonte externa fornece atualizações menos precisas, mas estáveis ​​a longo prazo, a uma taxa mais baixa (geralmente algo como GPS). Esses dois se combinam para oferecer uma boa solução combinada. Nem todos os sistemas usam o GPS como fonte de atualização. Por exemplo, o gerador de imagens infravermelho na parte frontal do controle remoto do Nintendo Wii fornece a fonte dessas atualizações.

Vou te dar um exemplo do custo não é fator lado das coisas. Construo sistemas para levantamento aéreo que utilizam sistemas inerciais que custam mais de 100.000 euros. Com esses sistemas e receptores GPS geodésicos avançados, posso apontar a localização da IMU para um volume de 2 "o dia todo, quando a cobertura GPS é boa. Na ausência de atualizações de GPS (cânions urbanos, túneis, etc.) após cerca de Em 60 segundos, temos uma margem de erro de cerca de 10 cm. Os sistemas com esse nível de desempenho geralmente são mercadorias controladas pela ITAR, pois são dispositivos para armas.

Os sistemas inerciais MEMS de qualidade inferior são usados ​​o dia inteiro em aplicações menos exigentes, gerando posição e atitude no nível do subímetro. Esses sistemas de qualidade inferior ainda empregam o mesmo mecanismo de filtragem da Kalman. A desvantagem real dessas unidades de baixo custo é que seu erro de desvio aumentará a uma taxa muito mais rápida.

Editar:

Para responder à sua pergunta sobre o que é importante procurar em uma IMU. Há algumas coisas que você deseja examinar. O primeiro é a estabilidade da temperatura. Alguns sensores MEMS terão saídas que variam até 10% acima da faixa de temperatura. Isso pode não importar se você estiver a uma temperatura constante durante a operação.

A próxima coisa a considerar é a densidade espectral do ruído do giroscópio. Obviamente, quanto menor o ruído, melhor. O link a seguir fornece documentação sobre como passar da densidade de ruído espectral para a deriva (em graus por unidade de tempo). http://www.xbow.com/pdf/AngleRandomWalkAppNote.pdf

Para a aceleração, você deseja observar a sensibilidade e o viés além do ruído. O nível de ruído fornecerá uma idéia da rapidez com que você integrará o erro.

A precisão obtida depende do tempo. Quanto mais você usá-lo, mais o erro aumentará. Por um curto período de tempo (alguns segundos), a precisão pode ser muito boa, inferior a 1 mm. No entanto, como uma IMU não possui uma referência de posição fixa, os erros de integração se aproximam e, eventualmente, você fica sem energia e viajando na velocidade da luz.

Para obter uma boa precisão de rotação, você pode adicionar uma bússola de 3 eixos. Para obter uma boa precisão de posição, você precisa de algum tipo de referência de posição. Exatamente o que é isso depende de quão longe você deseja que o dispositivo viaje.

Se você quiser viajar apenas um metro, recomendo esquecer a IMU e usar um trcker magnético como o miniBIRD .

Para uma distância maior, você pode usar o GPS.