下一代机器人系统需要高性能惯性传感器，但也需要大批量、低成本的解决方案。gydF4y2Ba
用于机器人系统的高性能惯性传感器gydF4y2Ba
与Jonathan Bessette博士的问答，员工工程师|gydF4y2Ba帕克gydF4y2Ba
3DMCV7是什么?gydF4y2Ba
3DMCV7是Parker公司MicroStrain惯性传感器系列的最新产品。它是专门为大批量OEM机器人应用而设计的，以典型成本的一小部分引入战术级陀螺性能。半岛app官网gydF4y2Ba
3DMCV7在上一代3DMCV5的基础上有何改进?gydF4y2Ba
3DMCV7在几乎所有关键的OEM IMU性能规范中都提供了改进的能力。尺寸、重量、功率和成本都大大降低了。此外，一种新的战术级陀螺设计，具有1.5°/h偏压不稳定性，比3DMCV5的噪声性能提高了5倍。我们还增加了许多新功能，包括重新设计的状态估计过滤器，以实现更健壮的姿态和偏差跟踪，精确的定时引擎，用户可选择的传感范围和持续的内部健康监测。gydF4y2Ba
你吹捧了一个新的定时引擎能力，为什么定时对AHRS如此重要?gydF4y2Ba
授时精度经常被忽视，但在导航环境中使用惯性传感器时，授时精度是性能的基础。MEMS惯性传感器基本上是角速率和加速度传感器，并相对于时间集成，以测量角度和速度的变化。积分所用时间区间的误差直接表现为被积分量的尺度因子误差。当在传感器融合环境中使用IMU与其他互补传感器时，将所有传感器测量时间对齐到一致的时间基准以最小化惯性积分误差是至关重要的。gydF4y2Ba
3DMCV7采用了几种技术来减轻这些定时误差。首先，所有传感器子系统都以微秒级的精度进行采样，并在内部对准主系统时钟，消除测量和通信延迟等错误。其次，开发了一种新的基于事件的触发系统，用于与外部测量设备(如摄像机)进行时间同步。3DMCV7可以输入和输出与内部传感器测量流时间一致的数字同步信号。例如，3DMCV7可以连接到相机快门信号，并在拍摄图像的瞬间精确采样。许多可视化导航系统依赖于主机PC时间戳来进行测量校准，当使用USB等不确定性通信方法时，可能会导致测量时间误差在数十毫秒量级。通过3DMCV7等传感器启用硬件同步方法，可以从传感器融合问题中几乎消除计时误差。gydF4y2Ba
许多其他MEMS供应商为他们的OEM设计提供了焊接模块。为什么3DMCV7使用铝制外壳来安装?gydF4y2Ba
当涉及到制造和尺寸时，焊接模块确实有一些好处，但这些好处是以惯性性能和灵活性为代价的。性能可能受到两个主要原因的负面影响:板应力和校准精度。惯性MEMS组件非常容易受到封装应力的影响，这可能是由焊接过程或在温度循环期间主PCB的热膨胀引起的。3DMCV7中精密的CNC加工铝外壳将传感组件与最终用户的PCB隔离开来，最大限度地提高所有设计的性能。它还提供了一致的，精确的安装之间的温度校准过程在我们的工厂和最终用户安装。焊接模块不提供精确的安装功能，以确保可重复对准，在最终应用中引入了不对中误差。最后，3DMCV7的设计给用户灵活的安装。它既可以安装在机箱上，也可以安装在PCB上，这使得最终用户可以自由地将IMU放置在没有PCB的位置上。gydF4y2Ba
您的新状态估计过滤器设计有哪些好处?gydF4y2Ba
任何AHRS中的状态估计滤波器负责组合来自角速率传感器和加速度计的数据，以及来自磁力计的数据，有时还有其他来源的数据，以给出持续的姿态和航向估计。其他状态的估计也可以跟踪，如陀螺和加速度计的偏差误差。一个好的过滤器将被调整以提供一个平衡的响应，在所有时间尺度上都是平滑和准确的。优化调优取决于传感器的特性，但也高度依赖于操作期间的平台动态。横向加速度(例如车辆高速转弯)或平台振动是影响AHRS滤波器调整的应用相关动力学的常见例子。3DMCV7采用了鲁棒的自适应滤波来自动补偿这些变化，排除测量异常值，并根据平台振动进行调整，无需用户主动调整。gydF4y2Ba
传感器不断地变得更小、更轻、更高效。为了在SWaP-C规格(尺寸、重量、功率和成本)的竞争中保持领先地位，您做了哪些工作?gydF4y2Ba
3DMCV5在许多SWaP-C类别中已经是行业领导者，而3DMCV7在这些规格上改进得更多。下一代机器人系统需要高性能惯性传感器，但也需要大批量、低成本的解决方案。在3DMCV7之前，这些应用所需的战术级性能在低成本的OEM传感器中无法实现。我们还专注于优化和降低3DMCV7的功耗。移动机器人通常使用电力预算紧张的电池，需要低功率传感子系统来提高每次充电的使用寿命。最后，我们采取了3DMCV5已经很小的外形因素，并删除了更多的尺寸和重量，以响应我们的重量意识空中客户的需求。gydF4y2Ba
您可以在MicroStrain网站上找到关于3DMCV7以及所有其他惯性传感选项的更多信息，gydF4y2BaParker 3DMCV7产品页面gydF4y2Ba．gydF4y2Ba
关于Jonathan BessettegydF4y2Ba
Jonathan Bessette博士是Parker的工程师，自2014年以来一直致力于MicroStrain惯性传感和导航产品的开发。他的专业知识包括惯性系统设计、分析和校准，以及传感器融合技术，包括自适应卡尔曼滤波和紧密集成的GNSS-INS导航。gydF4y2Ba
本文的内容和观点仅为作者个人观点，并不代表robotictomorrow的观点半岛app官网gydF4y2Ba
Parker LORD -微应变传感产品gydF4y2Ba
Parker LORD - MicroStrain惯性传感产品生产最小和最轻的工业级惯性传感器，用于先进制造业，非公路车辆，商用和军用有人驾驶和无人驾驶车辆，以及民用结构。产品采用专有校准工艺进行温度补偿，包括倾角计、垂直参考单元、imu、AHRS和用于导航、稳定、移动测绘、地形补偿等的INS/GPS。如需其他定制解决方案，请联系LORD。gydF4y2Ba
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