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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Gyrosensor <-> Kompasssensor


Autor: M92 (Gast)
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Hallo,

lässt sich ein Kompasssensor in begrenzter Weise mit einem Gyrosensor 
(Wii-Motion-Plus) ersetzten (benötige nur Yaw)? Die Abweichung sollte 
maximal 15-20° pro Stunde sein. Der Kompasssensor lässt sich aufgrund 
von starken Umgebungsmagnetfeldern für meine Zwecke nicht sinnvoll 
nutzen. Wenn ja, wie komme ich am besten von °/s auf den Absoluten 
Winkel (da die Drehzahl sich ja nicht konstant ist)? Benötige ich für 
genaue Ergebnisse unbedingt den Kalman-Filter?
Wie wird das in Handys mit ihrem "Lagesensor" gemacht? Funktioniert das 
über einen Kompass oder nur über Gyrosensoren?

Oder existieren noch andere Alternativen?

Gruß
Michael

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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M92 schrieb:
> lässt sich ein Kompasssensor in begrenzter Weise mit einem Gyrosensor
> (Wii-Motion-Plus) ersetzten (benötige nur Yaw)?

Prinzipiell ja. Du brauchst natürlich ein ganz andere Schaltung, etc.

M92 schrieb:
> Wenn ja, wie komme ich am besten von °/s auf den Absoluten
> Winkel (da die Drehzahl sich ja nicht konstant ist)?

Absoluten Winkel bekommst du nicht mit einem Gyroskop. Das Gyro gibt dir 
nur die 'aktive' Drehenung zurück. Über die Zeit integriert ergibt das 
dann eine Winkeländernung von deinem Ausganswinkel (nehmen wir als 0 
an). Absolut geht nicht mit Gyro.

M92 schrieb:
> Benötige ich für
> genaue Ergebnisse unbedingt den Kalman-Filter?

Was heißt genau ?
Prinzipiell ist der Kalmanfilter die beste Filtermöglichkeit. Allerdings 
ist er auch die Königsklasse und verlangt viel Zeit und Verständniss.
Es gibt andere Möglichkeiten wie z.B. Komplementärfilter (Hoch- & 
Tiefpass) und noch einige. Führend auf diesem Gebiet sind alle Segway-, 
balancing Robot- und Quadrocopterbastler. Sie alle brauchen die volle 
Lage im Raum. Das sind auch die Leute die von Kalmanfiltern Ahnung 
haben.

M92 schrieb:
> Wie wird das in Handys mit ihrem "Lagesensor" gemacht? Funktioniert das
> über einen Kompass oder nur über Gyrosensoren?

Im Normalfall Gyro + Beschleunigungssensor => 6 DOF (Degrees Of 
Freedom).
Das ist die Basis eines jeden vernünftigen Sensors.

Manche haben noch ein Kompassmodul dabei (das ist aber ziemlich teuer) 
z.B. das iPhone. Macht in der Summe dann 9 DOF. Unter diesem Namen 
werden sie zumindest z.B. bei Sparkfun vertrieben.

M92 schrieb:
> Oder existieren noch andere Alternativen?

Wie sieht's mit optischer Erkennung aus. Ich weiss ja nicht was du genau 
vor hast aber wenn's sowas wie ne Fernbedienung (WiiMote) werden soll 
ist eig. nur Gyra + Accelerometer (Beschleunigungssensor) + 
(Kompassmodul) möglich.

Autor: M92 (Gast)
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Hallo,

Lehrmann Michael schrieb:
> Absoluten Winkel bekommst du nicht mit einem Gyroskop. Das Gyro gibt dir
> nur die 'aktive' Drehenung zurück. Über die Zeit integriert ergibt das
> dann eine Winkeländernung von deinem Ausganswinkel (nehmen wir als 0
> an). Absolut geht nicht mit Gyro.
Stimmt, ich hab mich mit dem "absoluten Winkel" etwas dumm ausgedrückt, 
mir reicht die Winkelveränderung gegenüber dem Ausgangswinkel.

Lehrmann Michael schrieb:
> Wie sieht's mit optischer Erkennung aus. Ich weiss ja nicht was du genau
> vor hast aber wenn's sowas wie ne Fernbedienung (WiiMote) werden soll
> ist eig. nur Gyra + Accelerometer (Beschleunigungssensor) +
> (Kompassmodul) möglich.
Es geht um einen Roboter (Kettenantrieb), der aber durch starke 
Umgebungsmagnetfelder keine vernünftigen Werte per Kompasssensor 
hereinbekommt. Dieser soll eben seine aktuelle Richtung (relativ zum 
Ausgangspunkt) im Raum wissen.

Lehrmann Michael schrieb:
> Im Normalfall Gyro + Beschleunigungssensor => 6 DOF (Degrees Of
> Freedom).
> Das ist die Basis eines jeden vernünftigen Sensors.
Benötige ich diesen Beschleunigungssensor unbedingt? Die zurückgelegte 
Strecke kann ich über zwei Inkrementalgeber (für jeden der beiden 
Antreibe einen) feststellen -> prinzipiell könnte man damit ja auch die 
Drehung feststellen. Ich habe eben nur bedenken, dass dies durch die 
Ketten verfälscht wird.

Gruß
Michael

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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M92 schrieb:

> Es geht um einen Roboter (Kettenantrieb),

dann sollte die Richtung aber schon einigermassen genau sein, sonst 
kannst du es auch gleich lassen


>> Im Normalfall Gyro + Beschleunigungssensor => 6 DOF (Degrees Of
>> Freedom).
>> Das ist die Basis eines jeden vernünftigen Sensors.
> Benötige ich diesen Beschleunigungssensor unbedingt?

Je.
Du musst im Grunde eine komplette Inertialplattform aufbauen.
Die Gyros sorgen für Kurzzeitstabilität, die Beschleunigungssensoren für 
Langzeitstabilität. Erst dadurch, dass man die beiden mit einem 
Kalmanfilter zusammenbringt gelingt es, eine stabil im Raum stehende 
Plattform zu bauen, die man als Referenz benutzen kann.

> Die zurückgelegte
> Strecke kann ich über zwei Inkrementalgeber (für jeden der beiden
> Antreibe einen) feststellen -> prinzipiell könnte man damit ja auch die
> Drehung feststellen.

Wenn es keine Realität geben würde, würde das sogar gehen.
Aber leider ist die Realität nun mal die, dass deine Ketten Schlupf 
haben werden, dass Oberflächen nicht eben sind etc. etc. Kurz und gut: 
Fehler summieren sich im Laufe der Zeit auf, so dass du noch einiger 
Zeit Ergebnisse erhältst, die noch nicht einmal Schätzwerte sind.

Autor: M92 (Gast)
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Hallo,

erstmal Danke für die Antworten.

Karl heinz Buchegger schrieb:
> dann sollte die Richtung aber schon einigermassen genau sein, sonst
> kannst du es auch gleich lassen
Ja, das stimmt.

Karl heinz Buchegger schrieb:
> Je.
> Du musst im Grunde eine komplette Inertialplattform aufbauen.
> Die Gyros sorgen für Kurzzeitstabilität, die Beschleunigungssensoren für
> Langzeitstabilität. Erst dadurch, dass man die beiden mit einem
> Kalmanfilter zusammenbringt gelingt es, eine stabil im Raum stehende
> Plattform zu bauen, die man als Referenz benutzen kann.
Das selbst zu entwickeln dürfte sich als sehr schwierig erweisen. Gibt 
es nicht die von mir benötigte Anwendung als fertiges Modul (am besten 
direkt mit dem Kalman-Filter intigriert) zu kaufen?

Karl heinz Buchegger schrieb:
> Kurz und gut:
> Fehler summieren sich im Laufe der Zeit auf, so dass du noch einiger
> Zeit Ergebnisse erhältst, die noch nicht einmal Schätzwerte sind.
Genau das war meine Befürchtung.

Gruß
Michael

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