題:
3軸和6軸陀螺儀之間的差異
Daniil
2020-04-19 13:47:19 UTC
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購買無人機時,我看到有3軸和6軸陀螺儀,兩者有什麼區別?一個人飛越另一個有優勢嗎?

二 答案:
FlashCactus
2020-04-20 02:05:08 UTC
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實際上沒有六軸陀螺儀這樣的東西。正確的術語是“ IMU”,它代表“慣性測量單位”。 IMU是一種組合了多個慣性傳感器的設備,這些慣性傳感器可測量飛船在空間中的方向和位置。

6軸IMU是一種複合傳感器,在一個芯片上包含兩種不同類型的3軸傳感器。 。通常,它是一個3軸陀螺儀(用於測量其綁紮的物體的旋轉速度)和一個3軸加速度計(用於測量其線性加速度)。另一方面,作為獨立芯片,三軸陀螺儀只是陀螺儀而已。也有獨立的3軸加速度計¹,但沒有陀螺儀,加速度計幾乎從未單獨用於飛行器中。

IMU可以包含的第三種傳感器是磁力計 ,它可以測量地球的磁場²,並且可以用來判斷哪個方向是北方。磁力計可以是9軸IMU的一部分,也可以是另一個傳感器(例如GPS單元)或完全獨立的單元。是否需要加速度計和磁力計?好吧,這要視情況而定。

  • 對於費率模式(或更常見的是 acro模式),飛機只需要知道沿所有三個軸的旋轉速率,並將其與飛行員通過操縱杆位置設置的所需速率相匹配。 為此,僅陀螺就足夠了。
  • 但是,在態度角度自動水平模式(有時也稱為穩定模式)下,飛行員定義了相對於地平線的理想姿態(方位),無人機將匹配該姿態(僅陀螺儀是不夠的)。飛行控制器不僅需要知道當前旋轉的速度,還需要知道“下降”相對於自身的方向。由於稱為“積分漂移”的現象,飛行控制器僅靠陀螺儀就無法保持足夠精確的知識。它需要板載加速度計來校正陀螺儀,因此如果要使用這些模式,則需要陀螺儀和加速度計
  • 磁力儀(有時稱為導航模式是必需的),在這種模式下,除了相對於地平線的姿態外,飛行器還必須知道其相對於地理北部的航向。請注意,由於導航模式也需要GPS,因此您可以放棄飛行控制器中的內置磁力計,而改為使用帶有磁力計的GPS裝置。或者,您可以同時獲得FC中的一項和GPS中的一項,這將提高讀數的準確性。 (實際上,您可以將其他兩個傳感器加倍以達到相同的效果;為此目的,某些飛行控制器是用雙IMU製造的。)

¹:每種類型的傳感器也有單軸和雙軸版本,這僅意味著您將需要多個傳感器來組成完整的IMU。如今,它們很少使用,因為集成版本通常在各個方面都更好。

²:或其他任何磁場,這就是為什麼您需要使其遠離磁鐵和鋼結構,否則會產生垃圾。但是,除了飛機上的金屬以外,空氣中幾乎沒有金屬,因此,磁力計在無人機中的工作原理通常會很好,除非您有一個帶有磁鐵的機蓋並將FC放在旁邊或其他地方。將乾擾最小化的原因也是磁力計通常集成到GPS單元中,並儘可能遠離飛機其餘部分安裝的原因。

³:集成漂移是困擾慣性的一個問題導航自時間開始以來就存在,並且存在於無法直接測量事物的任何地方,但是您可以 測量其變化的速度(換句話說,您可以測量導數)。因此,您集成(將隨著時間的變化相加)以獲得原始值。但是,每次測量都會有一個誤差,並且誤差也會加起來,因此您的總誤差會一直增加,並且在某個時候會比您要測量的原始誤差更大。

直覺上,整合漂移就像在森林中漫步。進入森林時,您(希望)對北(或其他參考方向)的方向有所了解。走路時,您可以保持一段時間的方向感(“我正在朝北走,所以它在我的面前,現在我向左轉,現在北方必須在我的右邊”)。但是,由於您不知道您精確地轉了多少度,因此您每轉一圈都會在您的方向估計中引入一個小誤差,這些誤差加起來時間。幾個小時後,您的方向感就會偏離原始方向足夠遠,以至於您可能會朝著相反的方向前進。即使您一直試圖一直走直線,最終也可能會偏離路線,因為如果沒有外部參考,您將無法判斷您是否實際上一直在直線走(這稱為零漂移)。

唯一的解決方法是擁有替代的方向知識源(例如,指南針或太陽的位置和一天中的時間的組合,或其他一些方法)您可以定期檢查環境中可觀察到的方向性,並定期檢查並使用這些知識來糾正“內部”方向感中的錯誤。

處於角度模式的四軸飛行器有一個相同的問題:要保持直立狀態,它需要知道“上”在哪裡,而陀螺儀只能測量(近似)從其先前方向旋轉了多少度。它不知道(或關心)以前的方向是什麼。即使FC did 知道其先前的方向,估計值也可能偏離原始方向。這就是加速度計的作用:它的工作是測量地球的重力,從而測量“向下”的方向,並使用該信息找出武裝四軸飛行器時的初始方向(例如知道進入森林時向北的方向),並糾正從飛行中的陀螺儀獲得的方向可能發生的漂移。

Kralc
2020-04-19 14:00:27 UTC
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三軸陀螺儀可測量俯仰,橫搖和偏航三軸旋轉的速度。

六軸陀螺儀是一種誤稱,因為它是三軸陀螺儀三軸加速計,可測量三個軸(x,y和z)的加速度。這些傳感器可以測量重力加速度,因此可以用來確定相對於傳感器向下的方向。

最後,您可能會提到9軸陀螺儀。這些是6軸陀螺儀,其中包括可用於確定航向的三軸磁力計。



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