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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik IMU (inertial measurement unit)


Autor: Ben (Gast)
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Eine IMU besteht ja immer aus Accelerometer und Gyroskop. Ich habe noch 
nicht ganz verstanden warum da ein Accelerometer nicht ausreicht.

Wenn man das ganze mit den Gyroskop angefangen betrachtet ist es 
einleuchtend: nur Gyroskope reichen nicht da diese ein offset haben. 
dieser wird dann mit den accelerometer herausgefiltert.

Wenn man aber mit den accelerometern anfängt, warum sollte man jetzt 
noch gyroskope verwenden? accelerometer alleine reichen doch aus um die 
winkel zu bestimmen. habe mal etwas gehört, das accelerometer nicht 
reichen weil sie "quantification errors" haben oder so was ähnliches. 
was ist das?

Autor: dummer (Gast)
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Der Beschleunigungsmesser gibt dir bei Drehung Werte abhängig vom 
Abstand zur Drehachse, das Gyroskop gibt dir eine Winkelgeschwindigkeit 
unabhängig von der Drehachse

Autor: Ben (Gast)
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d.h je nach abstand von der drehachse wirkt bei einer bewegung eine 
andere beschleunigung auf den accelerometer. soweit habe ich das 
verstanden. das bedingt aber dann ja dasdiebeschleunigung nur kurze zeit 
auftreten darf (Accelerometer wert tiefpass gefilteert) sonst bringt 
einem das ganze nichts..?

Autor: fast so (Gast)
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Nein, ein Satz Acellerometer kann Beschleunigung, integriert 
Geschwindigkeit, und nochmals integriert Stecke detektieren. aber keine 
Drehungen. Ein Satz Gyros kann Winkelbeschleunigung, integriert 
Winkelgeschwindigkeit, und nochmals integriert Winkel detektieren. Aber 
keine der anderen Groessen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ben wrote:
> Eine IMU besteht ja immer aus Accelerometer und Gyroskop. Ich habe noch
> nicht ganz verstanden warum da ein Accelerometer nicht ausreicht.
>
> Wenn man das ganze mit den Gyroskop angefangen betrachtet ist es
> einleuchtend: nur Gyroskope reichen nicht da diese ein offset haben.
> dieser wird dann mit den accelerometer herausgefiltert.
>
> Wenn man aber mit den accelerometern anfängt, warum sollte man jetzt
> noch gyroskope verwenden? accelerometer alleine reichen doch aus um die
> winkel zu bestimmen. habe mal etwas gehört, das accelerometer nicht
> reichen weil sie "quantification errors" haben oder so was ähnliches.
> was ist das?

Worum geht es denn? Für eine einfache Kipp-Detektion reichen natürlich 
Accelerometers. Siehe Nintendo Wii.

Aber wenn alle 6 Freiheitsgrade erfasst werden sollen, reicht es eben 
nicht mehr. Vermutlich meinst du, dass man einfach die Erdbeschleunigung 
misst und dann über Trigonometrie den Kippwinkel errechnet, aber das 
funktioniert nur bei sich nicht bewegenden Teilen. Siehe Pendel.

Autor: Ben (Gast)
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und eben warum funktioniert das nur bei sich nich bewegenden teilen?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Weil eben die Beschleunigung in andere Richtungen (als die, die nach 
unten wirkt) auch Nebeneffekte auf das (virtuelle) Pendel in deinem 
Accelerometer haben.

Wenn du dir im Auto einen Pendel an den Innenspiegel hängst um zu 
gucken, wie das Auto momentan steht, dann wird das Pendel keinen 
gültigen "Messwert" geben, wenn du gerade beschleunigst oder abbremst.

PS: Hoffentlich stimmt alles so, wie ichs geschrieben hab. So hab ichs 
jedenfalls verstanden ;)

Autor: Hagen Re (hagen)
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Beim nächsten Urlaub achte mal darauf was passiert wenn das Flugzeug 
eine Kurve fliegt und schau dir dabei ein Wasserglass an. Der Kurvenflug 
erzeugt Fliehkräfte, Beschleunigungen, die dann nicht mehr lotrecht zur 
Erdbeschleunigung sind. Du kannst dann mit einem Accelerometer nicht 
mehr zwischen diesen Fliehkräften und der Erdbeschleunigung 
unterscheiden. Das ginge nur wenn das Flugzeug relativ zur Erde sich 
nicht vorwärts bewegen würde.

Oder baue den Sensor an eine Schnur die du im Kreis schleuderst. Der 
Sensor würde durch die Fliehkraft und deren Richtung den Erdmittelpunkt 
erkennen, wo er aber eben nicht ist.

Wenn du nun einen Becher mit Wasser, im Boden ein Loch, genauso an einem 
Seil schleuderst so würde der Wasserstrahl nicht in Richtung Erde 
senkrecht fallen. Nur in Ruhelade des Bechers fällt das Wasser auch in 
Richtung Erde. In Rotation wirkt also die Fliehkraft und die 
Erdanziehung auf den Wasserstrahl was dann auch der Grund ist warum 
dieser Wasserstrahl gekrümmt zur Erde fließt. Der Sensor kann aber nur 
eine Beschleunigung messen und in diesem Moment misst er aber zwei 
Beschleunigungen die er nicht unterscheiden kann, also die Summe beider 
Beschleunigungen.

Gruß Hagen

Autor: Ben (Gast)
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ok gut verstanden! aber die beiden signale (Accelerometer und Gyroskop) 
muss man ja dann zusammenfügen. Die Acc_Werte sollen ja die offsets der 
Gyros eliminieren. dazu verwendet man häufig ganz einfach einen 
komplementärfilter, d.h Acc_Werte werden Tiefpass gefiltert und 
Gyro-werte hochpass. wenn man nur kurze beschleunigungen hat geht das ja 
gut, aber was ist wenn ich jetzt einige minuten oder so beschleunige, so 
verfälscht das ja dann auch die Acc-Werte weil die langen 
beschleunigungen durch den tiefpass hindurchkommen? hoffe ihr wisst was 
ich meine.
oder wie fügt man dann die acc-werte und gyro-werte zusammen?

Autor: Maria (Gast)
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Das Accelerometer ist kein Messgerät zum Erfassen der Gravitation. Es 
ist ein Beschleunigungsmesser. Der Gravitationseinfluss ist dabei nur 
eine Störgröße die man aber bewusst nutzt.

Wenn man die Lage im Raum messen will kommt primär das Gyroskop zum 
Einsatz. Da der aufsummierte Messwert des Gyroskops aber wegdriftet, 
wird als Kalibrator das Accelerometer genutzt. In Zeitscheiben wird der 
Gyroskopwert immer ein kleines Bisschen durch den Accelerometerwert 
korrigiert. Nicht zu viel, denn der Accelerometerwert ist in 
Beschleunigungsphasen falsch, aber auch nicht zu wenig.

Kalmanfilter!

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ben wrote:
> oder wie fügt man dann die acc-werte und gyro-werte zusammen?

So wie ich das verstanden habe (habe mich mal im Zuge eines 
Quadrokopters damit auseinander gesetzt) liegt genau hier der Knackpunkt 
beim Design eines solchen Inertial Mesaurement Konstruktes.
Der Teil ist der komplizierteste in dem ganzen Gebilde und besteht aus 
mehrere Einzelkomponenten, genauer kann ich dir aber auch nicht 
weiterhelfen. Eventuell hilft dir der Quelltext des Mikrokopters: 
http://www.mikrokopter.com/ucwiki/

Autor: Ben (Gast)
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@ Maria:
wo gibts denn Infos zu Kalman Filter. am besten gleich mit einem 
einfachen beispiel.

>Wenn man die Lage im Raum messen will kommt primär das Gyroskop zum Einsatz. >Da 
der aufsummierte Messwert des Gyroskops aber wegdriftet,
>wird als Kalibrator das Accelerometer genutzt. In Zeitscheiben wird der
>Gyroskopwert immer ein kleines Bisschen durch den Accelerometerwert
>korrigiert. Nicht zu viel, denn der Accelerometerwert ist in
>Beschleunigungsphasen falsch, aber auch nicht zu wenig.

d.h wenn man jetzt zum beispiel eine ganz lange zeit beschleunigt, dann 
geht alles nicht mehr??? weil ja die gyrowerte dann mit den verfälschten 
acc-werten abgeglichen werden?

Autor: Maria (Gast)
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Ja so ist es. Deshalb passt die Kombination aus Accel und Gyro auch nur 
zu ganz bestimmten Anwendungsfällen.

Man kann aber auch vieles rausrechnen. Bei einer Rakete z.B. ist die 
Bescheunigungsrichtung bekannt.

Autor: dcw (Gast)
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Hallo!!!
Gib es vl. irgendwo eine Kalman Filter rutine als fertigen 
Codeschnipsel???
Oder kann mir den jemand ein wenig einfacher erklähren???
Weil bei der erklährung auf Wikipedia blicke ich nicht ganz durch!!
MFG

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