¿Componentes necesarios para determinar la posición en 3 dimensiones?

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Estoy tratando de hacer un quadcopter usando un arduino como base. He leído sobre algunos aspectos físicos que implican determinar el tono, la orientación y el giro y parece que necesitaré un giroscopio y un acelerómetro. Sin embargo, tengo entendido que esto solo me da mi orientación con respecto a una base "plana" (generalmente el suelo). ¿Qué tipo de componente se necesita para determinar la elevación del helicóptero? ¿Funcionaría un barómetro?

¿Mi comprensión aquí es correcta o estoy muy lejos?

    
pregunta n0pe

2 respuestas

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Un método es fusionar datos de un GPS con datos de IMU (por lo general, usarías un filtro de Kalman).

También puede utilizar datos de un Lidar, un altímetro de radar, una medición ultrasónica, un barómetro, pero algunos de ellos serán prohibitivos para muchas aplicaciones. Los barómetros con temperatura compensada han bajado de precio, pero tenga en cuenta que solo le da la altura desde el nivel del mar y no necesariamente evitará que su vehículo se intersecte con el suelo a menos que tenga un mapa topográfico de dónde está el suelo (y sepa dónde está son relativos al suelo).

Un sensor de brújula puede darle orientación (lo que el GPS solo no puede)

    
respondido por el Spehro Pefhany
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Hay un par de maneras de obtener elevación.

Uno es como dices, un 'barómetro'. Creo que eso puede ser bastante preciso, aunque necesitan calibración. Creo que he visto una sensibilidad afirmada de más de 0.1 metros.

Otro enfoque es la medición ultrasónica de la distancia que apunta hacia abajo, lo que debería dar una buena precisión cerca del suelo, pero es poco útil más arriba. Esto podría ayudarte a evitar que te aplastes demasiado.

Algunos sistemas también tienen una 'brújula magnética' (magnetómetro) para dar 'encabezado' absoluto w.r.t. la tierra. La orientación del campo magnético de la Tierra varía con la latitud; Las líneas de flujo magnético están en diferentes ángulos a la superficie de la Tierra en diferentes latitudes. Así que para obtener el máximo de la 'brújula', necesita corregir eso. La "brújula" es suficiente para dar un rumbo, es decir, la dirección del viaje. El campo magnético de la Tierra se está midiendo, por lo que la brújula está dando información w.r.t. La Tierra, y no solo el 'marco de referencia local' de los vehículos, que son todos los acelerómetros y giroscopios que ofrecen.

Por lo tanto, los acelerómetros de 3 ejes, el giroscopio de 3 ejes, la "brújula" de 3 ejes y un barómetro a menudo se describen como 10 grados de libertad (10 DoF).

InvenSense y ST hacen chips que integran muchos sensores (llamados Sensor Fusion) para brindar información fácil de usar. InvenSense tiene algunos videos muy útiles sobre Sensor Fusion en YouTube.

Editar:
En general, no creo que haya un cambio suficiente en los valores de 'brújula' en un vuelo de corto alcance para derivar la elevación. (Podría convencerme de que, como algunas latitudes , podría funcionar, pero no soy lo suficientemente experto como para recomendar). Un barómetro sensible, inicialmente calibrado en el suelo, parece ser una solución más simple. Para vuelos cortos, de corto alcance.

Si su plan es volar a niveles del suelo significativamente diferentes, entonces la detección de la tierra, por ejemplo. con un pequeño 'radar' ultrasónico parecería ser esencial. La elevación de la presión barométrica no dará la distancia al suelo, sino solo la distancia por encima o por debajo de un punto de referencia calibrado.

Si el plan es pasar mucho tiempo en el aire, incluso en la misma área, la corrección del cambio de temperatura de la presión barométrica también será importante.

Resumen: los vehículos totalmente autónomos requieren sensores y algoritmos mucho más sofisticados que los vehículos de control remoto pilotados por humanos.

Usando sensores separados, por ej. El giro, el acelerómetro y la "brújula" tienen dos problemas en comparación con un solo dispositivo integrado con la "fusión de sensores" incorporada. Primero, es necesario implementar los algoritmos de fusión de sensores, que pueden consumir suficiente Arduino, y que esto podría hacer que evite ese camino. En segundo lugar, el eje de los sensores está más separado que en un dispositivo integrado y, por lo tanto, puede ser un poco más complejo de usar.

Me gusta apoyar Sparkfun. He comprado tablas de ruptura Sparkfun. No he mirado en detalle la especificación de la placa Sparkfun. Sin embargo, es probable que no pague 4 veces más por tres sensores independientes que por una ruptura integrada de 9DoF a menos que haya una buena razón.

    
respondido por el gbulmer

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