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數(shù)據(jù)融合加速度計 加速度計，就是測量物體加速度的。 為了方便理解，我將加速度分為兩種：由地球引力產(chǎn)生的重力加速度，只要地球還在，重力就不會消失；由物體運(yùn)動產(chǎn)生的運(yùn)功加速度，根據(jù)牛二定理，只要有外力作用，便產(chǎn)生加速度。加速度傳感器測量的是這個加速度的總和。物體靜止加速度計測量的就是重力加速度。 給出一個“小球-盒子”模型，將重力加速度看成一個實體黑色“小球”，加速計就看成“盒子”。當(dāng)物體失重時，盒子不受重力。 圖1 失重狀態(tài) 物體放在水平面地面上時，僅Z軸受重力。 圖2 水平地面放置 當(dāng)物體右傾斜放45°放在地上時， X軸和Z軸受重力的分力。 圖3 傾斜45°放置 根據(jù)加速度計的各軸受重力分量可以計算出物體的傾角（也即俯仰Pitch和橫滾Roll角）。但當(dāng)物體有外力作用時，各個軸受的是重力+未知外力，計算結(jié)果不準(zhǔn)確。 圖4 加速度計易受干擾 人為增加一個運(yùn)動加速度后計算的傾角就誤差很大了（圖中紅色圈粗糙部分）。 陀螺儀陀螺儀是測量角速度（或者角速率）的傳感器，我們常說電機(jī)10轉(zhuǎn)/秒，寫成dep/s，陀螺儀測量的就是它了。要獲得角度，就需要對角速度進(jìn)行積分Angle= 。Angle是帶有正負(fù)的，正值表示按正向旋轉(zhuǎn)，負(fù)值表示按負(fù)向旋轉(zhuǎn)。例如MPU6050的正負(fù)方向如下圖所示。 圖5 MPU6050 通過陀螺儀可以求出物體繞某個軸旋轉(zhuǎn)的角度，也即姿態(tài)角。但是陀螺儀存在零漂，當(dāng)物體靜止時，陀螺儀傳感器輸出的誤差會因積分累積而越來越大。如下圖6所示。 圖6 陀螺儀的角度漂移 數(shù)據(jù)融合IMU結(jié)合加速度計和陀螺儀特性，我們可以采用滑動濾波、卡爾曼濾波、互補(bǔ)濾波和四元數(shù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)融合可以得到穩(wěn)定、低延時、高精度且無漂移姿態(tài)數(shù)據(jù)。如圖7所示，黃、紅和藍(lán)代表x、y和z軸姿態(tài)角變化。 圖7 四元數(shù)姿態(tài)解算 數(shù)據(jù)融合IMU作為一個獨(dú)立篇章來講解。詳情請看下一章---數(shù)據(jù)融合
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