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陀螺仪的漂移指标,对机器人意味着什么

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发表于 2018-5-28 23:46:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
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本文是 ADI 工程师撰写的博客,这里摘取部分内容分享,想看完整文章请点击:https://ezchina.analog.com/thread/18244

为机器人选择陀螺仪时,大部分设计者更喜欢使用的指标是漂移。
我们来探讨一下这对机器人意味着什么……

大多数陀螺仪,包括ADXRS450 和 ADIS16448 IMU 中的陀螺仪,产生一个输出,单位是度/秒。这是在特定时间单位t内旋转速率的度量。数值越大,机器人旋转得越快。陀螺仪不会简单地输出机器人已旋转的度数。陀螺仪会在给定的时间段内读取数百个读数,如下图中的紫色、红色、绿色线条所示。如果将这些读数加在一起,则最终会得到在设定时间段内(下例中为1秒)发生的实际角度变化。这在微积分术语中就叫积分。对于那些学过微积分的人(或那些还记得“当年”微积分课的“老伙计”),这与计算曲线围成的面积相同。这个数学计算是在 WPI 库中完成的,或对 IMU 来说,是在上述代码链接中完成的。
1.png
当首次启动机器人时,机器人放置的方向将被设置为0度。把这看作是机器人眼中的“正北”或者笔直前进的方向(例如,朝向对手队伍的驾驶站)。
2.png
在本例中,上方代表机器人的前方
然而,因为没有任何陀螺仪是十全十美的,所以这个方向会随时间而漂移。还记得我们如何获得实际方向的角度吗?必须将每个采样加起来。随时间推移,每个独立读数中的每个小误差都会累加起来。这些误差可能来自任何数目的不同内部和外部来源。(如果您有兴趣了解更多关于所有这些误差源的信息,可以查看文章《MEMS陀螺仪中主要噪声 源的预测和管理》)对这种漂移影响最大的因素是陀螺仪的偏置稳定度规格,这是衡量陀螺仪在长时间段内测量结果稳定性的一个指标。如果将机器人开启一个小时并且不移动它,陀螺仪在一个小时结束时读取的数值却根本不是零。
同样,上方代表机器人的前方

这就是通常队伍所说的陀螺仪漂移。一旦考虑到上述链接文章中所提到的不同的误差来源,参赛队伍会发现,IMU的漂移介于每小时 20 至 30 度之间。乍一看,这看上去像是漂移很大!但是,如果您看一下这在比赛过程中意味着什么,就会发现这种漂移实际上并不是太糟糕。如果假设机器人在比赛开始前保持了 7 分钟的开机时间,机器人会认为它的前进方向只改变了 3 度左右。

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