運動傳(chuan) 感設備無處不在，存在於(yu) 我們(men) 日常使用的多種電子產(chan) 品中。運動傳(chuan) 感器位於(yu) 耳塞中——當我們(men) 將它們(men) 從(cong) 耳朵中取出時，會(hui) 注意到輕擊以改變歌曲或暫停音樂(le) 。它們(men) 用於(yu) 遊戲和訓練中使用的虛擬現實 (VR) 和增強現實 (AR) 耳機中的頭部跟蹤。運動傳(chuan) 感器支持遊戲遙控器（用於(yu) 定向）、消費級機器人（用於(yu) 航向）和手機（也用於(yu) 定向）。這些設備的傳(chuan) 感由慣性測量單元 (IMU) 供電。 IMU 傳(chuan) 感器存在於(yu) 許多常用的消費電子產(chan) 品中，如前麵列出的那些。它們(men) 的能力是通過傳(chuan) 感器融合來解鎖的。在本文中，我們(men) 將探討什麽(me) 是傳(chuan) 感器融合以及它可以做什麽(me) 。
在我們(men) 討論傳(chuan) 感器融合之前，快速回顧一下慣性測量單元 (IMU) 似乎是相關(guan) 的。IMU 是一種慣性傳(chuan) 感器，通常由加速度計和陀螺儀(yi) 組成，有時還包括磁力計。通過查看這些傳(chuan) 感器的數據，設備能夠更完整地了解其方向和運動狀態。
• 加速度計測量單個(ge) 方向的加速度（速度變化），就像您在汽車中踩油門時感受到的力一樣。靜止時，加速度計測量重力。
• 陀螺儀(yi) 測量繞其三個(ge) 軸的角速度。它在任何給定時刻輸出其旋轉偏航、俯仰和滾轉。
• 磁力計很簡單，可以測量磁場。通過在穩定磁場中進行適當的校準，它可以檢測地球磁場的波動。通過這些波動，它找到了朝向地球磁北的矢量，從(cong) 而給出了絕對航向。
然後，傳(chuan) 感器的信息用於(yu) 保持無人機的平衡、改善家用機器人吸塵器的航向、改變智能手機屏幕的方向以及其他與(yu) 運動相關(guan) 的應用程序。
現在我們(men) 了解了 IMU 的組成部分、它與(yu) 傳(chuan) 感器融合有何關(guan) 係以及我們(men) 為(wei) 何關(guan) 心？嗯，傳(chuan) 感器本身並不那麽(me) “智能”。他們(men) 生成原始數據。但這些原始數據必須經過處理和打包才能變得可操作。
IMU 中的傳(chuan) 感器類似於(yu) 閱讀您的患者檔案的專(zhuan) 科醫生 - 他們(men) 都有自己的意見，並且他們(men) 的專(zhuan) 業(ye) 知識為(wei) 他們(men) 提供了其他人沒有的見解，但由您來處理他們(men) 的意見以做出最終決(jue) 定。例如，如果加速計表明重力正在從(cong) 向下變為(wei) 更水平的角度，但陀螺儀(yi) 顯示幾乎沒有運動，您相信哪一個(ge) ？那麽(me) ，在這種情況下，陀螺儀(yi) 應該更值得信賴，因為(wei) 它不受外力的影響。由於(yu) 陀螺儀(yi) 告訴我們(men) 用戶坐標係沒有改變，因此可以肯定地說該設備正在持續加速，就像一輛直線行駛的汽車一樣。
在另一種情況下，如果陀螺儀(yi) 顯示出較小且一致的角速度，但加速計和磁力計顯示設備處於(yu) 靜止狀態，那麽(me) 您可以相信兩(liang) 位“醫生”的一致意見。然後您可以推斷出存在一些陀螺儀(yi) 偏差，從(cong) 而給出了錯誤的輸出。
這些示例旨在展示傳(chuan) 感器融合對於(yu) 理解基於(yu) 傳(chuan) 感器信息融合的最佳輸出至關(guan) 重要。這可用於(yu) 確定準確的運動、方向和航向信息。
與(yu) 傳(chuan) 感器融合軟件結合使用時，IMU 不僅(jin) 可用於(yu) 更準確的運動、方向和航向，還可用於(yu) 特殊功能。 IMU 數據的周到融合可以通過預測性頭部跟蹤來創建流暢的 XR 體(ti) 驗，從(cong) 而最大限度地減少延遲影響。對於(yu) 無線演示或電視遙控器，傳(chuan) 感器融合可以直接將 3D 控製器運動轉換為(wei) 屏幕上直觀的 2D 運動。加速度計和陀螺儀(yi) 傳(chuan) 感器的組合還可以檢測複雜的空中形狀和手勢。在人類導航中，通過分析加速度計和陀螺儀(yi) 的數據，傳(chuan) 感器融合可以估計某人步行的方向和距離。
傳(chuan) 感器融合不一定要僅(jin) 通過 IMU 來完成，但通常是從(cong) IMU 開始的。在 XR 空間中，控製器方向與(yu) 外部攝像頭線性位置的融合可以創建有效的由內(nei) 而外的 6 自由度係統。對於(yu) 機器人導航，IMU 與(yu) 光流和車輪編碼器數據的融合可創建準確且強大的航位推算。如果涉及運動，傳(chuan) 感器融合可能會(hui) 有所幫助。
傳(chuan) 感器融合的另一部分是確保傳(chuan) 感器得到適當校準，如 IMU 傳(chuan) 感器受到校準的強烈影響。傳(chuan) 感器表征是在受控條件下從(cong) 傳(chuan) 感器進行測量的過程。這些測量結果可用於(yu) 微調傳(chuan) 感器對各種溫度、操作模式和運動的反應。一旦傳(chuan) 感器被正確表征，傳(chuan) 感器融合可以幫助確保其性能得到優(you) 化。
為(wei) 了正確表征傳(chuan) 感器，需要將統計上顯著數量的傳(chuan) 感器放置在某種允許通信以改變模式和記錄數據的板上。然後應將該板放置在受控環境中。例如，它們(men) 可以安裝在兩(liang) 軸萬(wan) 向節電機上，使其能夠在所有三個(ge) 運動軸上移動。通過將這個(ge) 裝置放入溫度室內(nei) ，我們(men) 可以迭代不同溫度、位置和操作模式的排列。了解每個(ge) 高精度電機如何運動、溫度變化以及運行模式後，我們(men) 可以獲得大量傳(chuan) 感器信息來表征傳(chuan) 感器。為(wei) 了表征磁力計，可以將電路板放置在亥姆霍茲(zi) 線圈中以產(chan) 生受控磁場。
為(wei) 了測試這些傳(chuan) 感器在其使用壽命內(nei) 的表現，傳(chuan) 感器還可以通過將其暴露在極端的高溫和潮濕條件下來進行人工老化過程。然後，可以使用老化的傳(chuan) 感器運行相同的測試來收集更新的數據。
可以使用所有這些綜合數據創建傳(chuan) 感器模型，從(cong) 而形成典型（標稱）傳(chuan) 感器的模型，並隨後優(you) 化其性能。
通過了解傳(chuan) 感器的行為(wei) 方式，還可以調整加速度計和陀螺儀(yi) 中的傳(chuan) 感器偏差。這些傳(chuan) 感器偏差與(yu) 傳(chuan) 感器在靜止時看到的內(nei) 容有關(guan) 。如果這聽起來很熟悉，那是因為(wei) 這是 IMU/醫生類比部分中討論的第二個(ge) 想法。對這些進行調整可能看起來就像偏移一樣簡單，但這些偏差可能會(hui) 隨著溫度而變化，並且同一批次的同一傳(chuan) 感器會(hui) 表現出不同的行為(wei) 。這種偏差誤差非常顯著，超過了尺度誤差之外的大多數其他誤差。然而，通過適當的傳(chuan) 感器融合算法，可以在設備使用時動態地完成這種校準。
正確使用傳(chuan) 感器需要多層次的理解。需要了解基礎傳(chuan) 感器的工作原理、如何融合這些傳(chuan) 感器的數據以創建有意義(yi) 的信息、如何根據應用創建專(zhuan) 門的功能以及傳(chuan) 感器特性以真正優(you) 化性能。
• 3DM-CX5-IMU 高性能工業(ye) 級慣性測量單元
• 3DM-CV5-IMU 嵌入式慣性測量單元
• 3DM-GX5-IMU 高性能慣性測量單元（IMU）
• Advanced Navigation Motus MEMS IMU 傳(chuan) 感器
電話
微信
