¿Es suficiente un acelerómetro para detectar la inclinación / orientación de un cuerpo rígido?

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Publiqué esta pregunta anteriormente en physics.stackexchange, pero creo que este es realmente el mejor lugar para ello.

No estoy familiarizado con el hardware del sensor, y no sé realmente cómo funciona un acelerómetro. Pero sí sé que, desde un punto de vista matemático, no sería capaz de determinar de manera única la orientación de un objeto sólido, sabiendo solo la aceleración de uno de sus puntos.

De hecho, asumiendo las condiciones iniciales conocidas y la función de aceleración de un punto, digamos el punto X, se puede resolver la EDO de segundo orden y obtener la función de posición para ese punto, pero eso no determinaría la posición del resto de los puntos en el objeto sólido, porque el objeto podría realizar una rotación centrada en el punto X, dejándolo sin cambios. A pesar de todo esto, he visto varias afirmaciones de que los teléfonos móviles modernos se benefician de la inclusión del sensor del acelerómetro de tal manera que les permite, por ejemplo, determinar la orientación de la pantalla. No entiendo cómo un iPhone sabría en qué posición se inclinó la pantalla. Considere el siguiente ejemplo donde el punto rojo indica la ubicación del sensor del acelerómetro.

Supongaquelosdatosdeaceleraciónseprocesaronyelmovimientodelsensorsedeterminócomoelarcorojoquesemuestraenlassiguientesimágenes.¿Cómosepuededistinguirdelosdosmovimientosrepresentados?Tengaencuentaquelaorientaciónfinaldeldispositivoesdiferente.

Tenga en cuenta que con un acelerómetro me refiero a uno que podría registrar aceleraciones en las 3 dimensiones. De esa manera, tras la integración obtendría la trayectoria espacial (3D) del punto. Creo que el problema que describo aquí es válido incluso en este escenario.

¡Gracias por leer!

    
pregunta A. Arredondo

2 respuestas

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El acelerómetro permite que el dispositivo sepa qué camino está arriba y qué camino está abajo. Entonces, cuando la pantalla es vertical, es totalmente trivial orientar la pantalla correctamente. Si la pantalla está en una tabla de niveles y luego se gira lentamente, el acelerómetro es básicamente inútil. Algunos dispositivos también tienen un magnetómetro de tres ejes o al menos un sensor de velocidad angular (giro) o ambos. Estos pueden ayudar a detectar el movimiento de rotación que el acelerómetro no es bueno para detectar. Así que si la pantalla es vertical, no hay problema. Si luego se inclina hacia un plano horizontal, el acelerómetro está fuera de la imagen.

Pero si el dispositivo tiene un giroscopio o un magnetómetro, puede detectar una rotación rápida y hacer que la pantalla también gire. La mayoría de las veces esto es correcto (la rotación rápida se debió a que el usuario giró la pantalla mientras estaba en posición horizontal), pero a veces es una molestia (tal vez giró una esquina rápidamente y la pantalla se desvió repentinamente).

En teoría, tener dos acelerómetros con alguna línea de base entre ellos te permitiría detectar la rotación angular, pero no creo que se haga en la práctica, y no creo que realmente funcione, porque requeriría un nivel De precisión que no tienen los acelerómetros de consumo. El chip gyro te da mucho más por tu dinero. Para una estimación total, básicamente se necesita un acelerómetro de 3 ejes y un sensor de velocidad angular o giroscopio de 3 ejes. Existen dispositivos electrónicos de ajuste de cuentas muy precisos, pero son costosos y están sujetos a control de exportación en los EE. UU. (Porque pueden usarse en sistemas de guía de misiles).

    
respondido por el mkeith
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Si solo está interesado en determinar "hacia arriba" o más bien "hacia abajo" en relación con el bastidor del cuerpo de su dispositivo, después de que haya completado una serie de rotaciones, entonces los acelerómetros montados triaxialmente miden a frecuencia cero y son lo suficientemente sensibles como para Resolver las fracciones de la aceleración gravitacional funcionará. Y en este caso, las matemáticas son bastante simples, simplemente resuelve los ángulos de Euler a partir de las tres señales del acelerómetro cuando el movimiento se detiene.

Pero el seguimiento de las rotaciones momento a momento puede ser mucho más complicado, y como mkeith sugirió en su respuesta, necesitaría una tríada de giroscopios para complementar su tríada de acelerómetro, así como matemáticas más complicadas para fuse las medidas.

    
respondido por el docscience

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