2025年4月23日 星期三

9 軸 IMU(Inertial Measurement Unit,慣性測量單元)

9 軸 IMU(Inertial Measurement Unit,慣性測量單元)是在 6 軸 IMU 的基礎上,額外整合了三軸磁力計 (Magnetometer)。因此,一個 9 軸 IMU 包含以下三種感測器:

  1. 三軸加速度計 (Accelerometer): 測量設備在三個正交軸(x, y, z)上的線性加速度,包括重力加速度。
  2. 三軸陀螺儀 (Gyroscope): 測量設備繞三個正交軸(x, y, z)的角速度。
  3. 三軸磁力計 (Magnetometer): 測量設備周圍三個正交軸(x, y, z)的磁場強度,通常用於感測地球磁場。

9 軸 IMU 的主要優勢和應用:

由於額外加入了磁力計,9 軸 IMU 相較於 6 軸 IMU,在姿態和方向感測方面擁有更強大的能力,可以提供絕對方向的資訊,而不僅僅是相對運動。以下是 9 軸 IMU 的主要應用領域:

  • 精確的姿態和方向追蹤 (Attitude and Heading Reference System, AHRS): 結合加速度計、陀螺儀和磁力計的數據,透過複雜的融合演算法(例如卡爾曼濾波器),可以更精確地估計設備在三維空間中的姿態(Roll, Pitch, Yaw - 橫滾、俯仰、偏航)。磁力計提供的地磁資訊可以用於校正陀螺儀的漂移,並提供絕對的航向參考(相對於地磁北極)。
    • 無人機 (Drones): 精確的姿態控制和導航。
    • 機器人 (Robotics): 平衡、導航和環境感知。
    • 虛擬實境 (VR) / 擴增實境 (AR) / 混合實境 (MR): 頭部和手部追蹤,提供沉浸式體驗。
    • 穿戴式裝置 (Wearables): 運動追蹤、方向感測、手勢辨識。
    • 體感遊戲控制器 (Motion Gaming): 精確的運動感應。
    • 工業應用: 精密儀器的姿態監控、平台穩定。
    • 汽車電子: 導航系統、車身穩定控制。
    • 航海和航空: 輔助導航、姿態指示。
  • 絕對方向感測 (電子羅盤功能): 磁力計可以直接測量地球磁場,提供設備相對於地磁北極的方向。這使得 9 軸 IMU 可以作為一個高精度的電子羅盤使用。
    • 智慧型手機和平板電腦: 地圖導航、方向指示。
    • 戶外導航裝置: GPS 輔助、方向指引。
    • 尋寶和地理探勘: 磁場異常偵測。
  • 運動分析和生物力學: 更全面的運動數據捕捉,可以分析運動的加速度、角速度和方向。
    • 運動追蹤器: 記錄運動姿勢和動態。
    • 步態分析: 研究行走和跑步的模式。
    • 跌倒偵測: 透過分析加速度和姿態的快速變化來判斷是否發生跌倒。
  • 室內定位和導航:合其他感測器(例如藍牙 Beacon、Wi-Fi),利用 9 軸 IMU 的方向資訊可以改善室內定位的精度和魯棒性。

總結來說,9 軸 IMU 透過整合加速度計、陀螺儀和磁力計,提供了更全面、更精確的運動和方向感測能力,使其在需要高精度姿態追蹤和絕對方向資訊的應用中至關重要。

雖然硬體成本通常比 6 軸 IMU 略高,但其提供的額外資訊在許多應用中具有顯著的價值。

沒有留言:

張貼留言