陀螺仪IMU模块
时间:2022-11-17 21:30:00
1.范围
此文档适用于扫地机的IMU定位导航参考使用。
2.IMU概述
IMU(Inertial Measurement Unit),即惯性测量单元,一般包装3轴陀螺仪和3轴加速度计,用于测量物体的三轴姿态角(或角速率)和加速度。IMU在三维空间中检测角度速度和加速度信号、角度和加速度数据积分,以定位导航。检测机器是否倾斜,是否有突然碰撞。
LDS与IMU整合后会弥补各自的缺点,可以利用LDS估计定位信息IMU零偏,减少IMU由零偏差引起的发散和积累误差;由于某些因素(场景特征较少,光线变化较大等。)定位失败,IMU可以为LDS在快速运动时提供定位。IMU与雷达频率不同,时间戳不对,需要时间同步。LDS辅助使用建图IMU数据,两者的坐标系统一校准,算法imu为匹配算法提供初始值,使构图数据更加准确,地图轮廓清晰光滑。惯性导航主要是IMU,里程计辅助定位,LDS雷达使用IMU辅助定位和里程计。
1、imu使用建图功能时,经验值要求持续工作100min,地图歪斜<6°
2、扫地机沿10m长直墙行走时,机器偏移不得超过半个机身
3、扫地机上≥15°斜坡时,需要掉头回来
4.弓扫测试,观察弓扫轨迹的平行度和宽度,反复测试保存地图
3.IMU性能需求
1、灵敏度(Sensitivity)误差≤ ±0.5%,减少累积误差
2、陀螺仪(Gyroscope)支持从 ±15.625 dps 到 ±2000dps 八种独立的可编程满量程设置,Degree Per Second的缩写dps,是角速度单位,表示为°/s;
加速度计(Accelerometer)支持从 ±2g 到 ±16g 四个独立的可编程满量程设置,g=9.8m/s^2.静态应用配置2g,运动应用>8g。
3、≥16位ADC,最低分辨率要求
4.灵敏度比因子随温度变化(Sensitivity Scale Factor Variation Over Temperature ):陀螺仪±0.005%/oC;加速度±0.007%/oC,温度越小越好。
5、零偏(Initial ZRO Tolerance):陀螺仪±1°/s(随温度变化±0.01°/s/℃);加速度±40mg(随温度变化±0.15mg/℃)
6、非线性(Nonlinearity)《±0.1%(接近量程最大值,非线性越差)
7.非正交误差 (Cross Axis Sensitivity) ≤ ±1%,理论上X,Y,Z轴完全正交。由于结构的加工误差,很难完全正交
8.验证陀螺仪的关键参数
4.结构设计要点
电子元件,贴片到PCB无安装结构要求
5.硬件设计要点
1、I2C接口一般最高支持1MHz速度
2、SPI接口一般最高支持24MHz速度
3.磁珠和静电管预留在硬件电路上,以解决产品认证中的辐射问题RE和ESD影响
4、IMU电源加IO控制数据异常停电重启
5.工作电压一般为3.3V
Layout设计要点:
1.优先保证PCB上次,确保机器的前进方向是IMU正方向
2、远离PCB螺孔防止拧紧螺钉时机械压力变化
3.远离热源,减少温度影响
4.远离电机磁干扰