Меню

Устройство гироскоп: Устройство гироскопа

Содержание

Устройство гироскопа

Термин «гироскоп» имеет греческое происхождение, и сформировано от двух слов, которые, в переводе на русский язык означают «круглый» и «смотрю». Что касается смысла работы этого прибора, то он состоит в том, чтобы иметь возможность изменять свою ориентацию по определенным углам относительно некоей инерциальной системы отсчета.

Авторство названия этого прибора и самого термина приписывают Ж. Фуко, который впервые упомянул его в 1852 году в докладе, сделанном перед Французской Академией Наук. Само это сообщение было сделано для того, чтобы экспериментальным способом объяснить то, каким именно образом планета Земля вращается в инерциальном пространстве. Именно поэтому сам прибор и был назван словом «гироскоп».

Что касается принципов действия, то различают два основных типа гироскопов: механические и оптические.

Механические гироскопы

Среди приборов этого типа, пожалуй, наиболее интересным является

гироскоп роторный, основой которого является, как нетрудно догадаться из самого названия, ротор, насаженный на ось, которая имеет возможность свободного изменения положения в пространстве.

Гироскоп механический

То свойство, за которое, собственно говоря, и ценят гироскоп, – это его способность при отсутствии воздействия на него моментов различных внешних сил сохранять направление вращения оси в пространстве. Основным определяющим в этом процессе является значение величины угловой скорости собственного вращения этого прибора.

С точки зрения конструкции, механические гироскопы представляют собой некие достаточно специфичные высокоточные приборы, которые собираются из немалого количества разнообразных высококачественных деталей, которые способны достаточно эффективно обеспечить их функционирование.

Гироскопы нашли достаточно широкое применение в различных технических устройствах. В подавляющем большинстве случаев используются те из них, которые размещаются в кардановом подвесе. Как правило, они имеют три степени свободы, то есть имеют возможность совершать вокруг своих осей три независимых поворота.

Для того чтобы надежно и с требуемой высокой скоростью обеспечить вращение ротора гироскопов, в их конструкциях используются специализированные гиромоторы. Кроме того, для обеспечения снятия данных с различных плоскостей гироскопов, применяются такие устройства, как датчики момента и датчики угла.

Одно из основных предназначений гироскопов – это их применение в качестве составных частей различных навигационных систем, в том числе и тех, что используются для стабилизации и ориентации различных космических аппаратов.

Оптические гироскопы

Эти приборы подразделяются на активные оптические (лазерные), интегрально-оптические, волоконно-оптические и пассивные оптические гироскопы.

Когда в направлении вращения прибора посылается луч света, а против этого направления отсчитывается определяемая интерферометром разница во времени прихода лучей, то оказывается возможным просчитать не только разницу оптических путей лучей, вычисленную в инерциональной системе отсчета, но и показатель углового поворота прибора.

Точно так же, как и механические, оптические гироскопы собираются из высокоточных деталей.

 

 

 

Все стабильно или Как работает гироскоп?

Вы видели сложные конструкции, которыми пользуются фотографы и видеооператоры во время съемок — большие рамки, в которых подвешенные камеры всегда снимают идеально ровно. Это устройство называется стабилизатором и в основе у него — гироскоп. Механизм, который изобрели в начале XIX века и который сделал возможным не только съемку качественного видео на чьей-то свадьбе, но и полеты в космос. Рассказываем, как работает этот механизм.

Что такое гироскоп?

Гироскоп — это устройство, способное реагировать на изменение углом объекта, на котором он установлен. То есть при наклоне или вращении он остается неподвижным, не наклоняется, не падает и не трясется.

Гироскоп был создан в 1817 году Иоганном Боненбергером, а в 1852 Жан Фуко усовершенствовал устройство и окрестил его гироскопом. Оба ученых использовали устройство для того, чтобы наглядно демонстрировать законы вращения земли вокруг своей оси. В дальнейшем Фуко изобрел известный маятник, показывающий движение нашей планеты.

Гироскопы бывают механическими, лазерными и оптическими.

Гироскоп состоит из свободной оси и ротора, двух рам и стабильного корпуса. Ротор вращается вокруг оси, а ось в то же время может поворачиваться в любую сторону. Оси всех частей гироскопа пересекаются в центре подвеса, который совпадает с центром масс этих тел. Благодаря этому гироскоп может сохранять свое положение относительно оси вращения. То есть ротор будет продолжать вращаться в одной плоскости, в то время, как основание конструкции будет менять положение относительно предмета, на котором гироскоп установлен.

Применение гироскопа

Свойства гироскопа пригодились не только астрономам. Одними из первых это устройство начали использовать в 1860-х в навигации, когда гироскоп объединили с компасом. Получившийся гирокомпас облегчал жизнь морякам на судне, когда нужно было пройти через шторм. В XX веке гироскоп использовали в черных ящиках — навигационных устройствах на борту самолетов, а впоследствии их использовали в космических кораблях.

За пределами военно-промышленного комплекса гироскопы применяются в киноиндустрии. Впервые гироскоп для стабилизации видеокамер использовали при съемках «Звездных войн. Возвращения Джедая», когда снимали сцену гонки на спид-байках.

Также гироскоп (а затем его более усовершенствованная версия — акселерометр) используется в смартфонах и умных часах. Именно это устройство помогает смартфону или часам понять, что вы — например — упали, и послать сигнал помощи.

Иллюстрация: rmbarricarte / Depositphotos.com

Встроенный МЭМС-гироскоп позволяет сделать из любого смартфона подслушивающее устройство

Ученые из Национального центра исследований и моделирования Рафаэль в Израиле и Стэнфордского университета нашли способ превращения практически любого смартфона в прослушивающее устройство. Они предложили снимать звуковые колебания не с микрофона, а с гироскопа, который имеется сегодня во всех смартфонах.

Гироскоп – это датчик, который позволяет определять положение смартфона в пространстве. В современных смартфонах применяются МЭМС-гироскопы, являющиеся электронной версией вибрационного гироскопа. У этих датчиков широкий круг задач: работа оптической системы стабилизации в камерах, управление в играх посредством отклонения устройства, поворот изображения на экране при изменении положения самого смартфона и т.п.

Ученые установили, что чувствительность гироскопов, используемых в смартфонах, вполне достаточна для того, чтобы использовать их для фиксации звуковых колебаний. Что интересно, доступ приложений к данному датчику совершенно не ограничен.

Для подтверждения своей идеи ученые написали приложение для Android, способное подключаться к гироскопу смартфона и производить запись звуковых колебаний. Также было создано дополняющее ПО для ПК – записанные колебания выгружаются в него для дальнейшего распознавания человеческой речи.
Решение позволяет верно распознать до 65% цифр, которые произносятся в одном помещении одним и тем же человеком, определить его пол с точностью до 84% а также распознать интонацию пяти различных собеседников в помещении. Дэн Боне (Dan Boneh), один из участников исследовательской группы говорит, что распознавание можно сделать более точным, если продолжить работу над ПО.

Таких результатов ученым удалось добиться в экспериментах со смартфонами под управлением ОС Android. Дело в том, что данная операционная система считывает сигнал с гироскопа с частотой до 200 Гц, а это составляет более половины основного частотного интервала человеческого голоса (80–250 Гц). Со смартфоном iPhone ситуация несколько иная – Apple iOS использует сигнал частотой до 100 Гц, и это значительно снижает качество распознавания.

Распознавать речь исследователи пока что не научились. «У нас получается распознать несколько слов из фразы. Но для прослушки этого явно недостаточно. Однако нашей целью и не было создание прибора для прослушивания – мы лишь хотели показать, что существует теоретическая возможность осуществлять прослушивание таким необычным способом», – говорит Боне. Команда исследователей собирается выступить на этой неделе с докладом на конференции Usenix (в комитет мероприятия входят сотрудники Google).

Стоит заметить, что это не первый случай, когда безобидные датчики в смартфонах признаются опасными. В 2011 г. ученые из Технологического института Джорджии смогли доказать, что акселерометр мобильного устройства можно применять с целью идентификации клавиш, которые нажимаются на компьютерной клавиатуре, расположенной рядом.

http://www.russianelectronics.ru/leader-r/news/9318/doc/69478/

Найден способ превратить любой Android-смартфон в подслушивающее устройство

| Поделиться Исследователи нашли способ превратить в прослушивающее устройство почти любой современный смартфон. Снятие звуковых колебаний они предложили осуществлять с помощью гироскопа, доступ к которым в операционных системах Android и iOS открыт любым приложениям.

Ученые из Стэнфордского университета и Национального центра исследований и моделирования Рафаэль в Израиле придумали способ превращения в прослушивающее устройство практически любого смартфона. Снятие звуковых колебаний они предложили осуществлять не с помощью микрофона, а с помощью детали смартфона, мысль о которой возникает в последнюю очередь, — гироскопа.

Гироскоп — это датчик, позволяющий отмечать положение смартфона в пространстве. В современных смартфонах используются гироскопы MEMS — представляющие собой электронную версию вибрационного гироскопа. Круг их задач широк: это управление в играх путем отклонения устройства, работа оптической системы стабилизации в камерах, и поворот изображения на экране при изменении положения самого устройства.

Исследователи выяснили, что чувствительность гироскопов, устанавливаемых в смартфоны, достаточна для того, чтобы использовать их для фиксирования звуковых колебаний. Причем доступ приложений к этому датчику ничем не ограничен — у пользователя даже не надо спрашивать на это разрешения.

Ученые написали приложение для Android, которое подключается к гироскопу смартфона и записывает звуковые колебания. И дополняющее программное обеспечение для ПК — в него записанные колебания выгружаются для распознавания человеческой речи в этих колебаниях.

Решение способно верно распознать до 65% цифр, произнесенных одним и тем же человеком в одном помещении и с точностью до 84% определить его пол, а также распознать интонацию пяти отдельных собеседников в помещении. Один из участников исследовательской группы Дэн Боне (Dan Boneh) утверждает, что точность распознавания можно повысить, если продолжить работу над программным обеспечением.


Гироскоп MEMS — деталь современного смартфона

Илья Зуев, «Райффайзен банк»: Передовые технологии не помогут, если в ИБ-процессах отсутствуют качество и полнота

ИТ в банках

Этих результатов исследователям удалось добиться на смартфонах под управлением Android. Дело в том, что эта операционная система считывает с гироскопа сигнал с частотой до 200 Гц, что составляет более половины частотного интервала человеческого голоса (80-250 Гц). С iPhone ситуация иная — операционная система Apple iOS использует частоту только до 100 Гц, что существенно снижает качество распознавания.

Речь исследователи пока распознавать не научились. «Мы сможем вычленить несколько слов из фразы. Для прослушки этого явно не достаточно. Но нашей целью и не было создание подслушивающего прибора — мы лишь хотели показать, что теоретически это возможно делать таким необычным способом», — рассказал Боне. Команда собирается выступить с докладом на следующей неделе на конференции Usenix, в комитет которого входят сотрудники Google.

Между тем, это не первый случай, когда опасными признают, казалось бы, совсем безобидные датчики в смартфонах. В 2011 г. исследователи из Технологического института Джорджии показали, что акселерометр мобильного устройства можно использовать для идентификации клавиш, нажимаемых на расположенной рядом компьютерной клавиатуре.

Сергей Попсулин



Все, что вам нужно знать

Научные демонстрации Демонстрация гироскопы часто встречаются в учебных заведениях, таких как школы или колледжи для обучения физике гироскопов. Традиционная демонстрация гироскопы, как правило, имеют подвес, чтобы пользователь мог понять, как работает гироскоп. может постоянно указывать в одном направлении. Карданный гироскоп позволяет пользователю поместить веса/силы на одну ось, чтобы посмотреть, как отреагирует гироскоп.То пользователь также может надавить на сторону гироскопа (прикоснувшись к подвесу) и «почувствовать» задействованные силы, что часто придает немного больше волнения демонстрации.
Компьютерные манипуляторы

Есть это ряд компьютерных указывающих устройств (фактически мышь) на рынке у которых есть гироскопы, позволяющие управлять курсором мыши пока аппарат в воздухе! Они также являются беспроводными, поэтому идеально подходят для презентации, когда выступающий перемещается по комнате.Гироскоп внутри отслеживает движения вашей руки и переводит их на курсор движения.

Гоночные автомобили Гироскопическое поведение используется в индустрии гоночных автомобилей. Это потому что машина двигатели действуют как большие гироскопы. Это имеет свое применение, например, в В американских гонках Indy car некоторые трассы имеют овальную форму. В течение В гонке машины движутся по трассе только в одном направлении (машина только когда-либо поворачивается в одном направлении e.грамм. осталось). Из-за гироскопических сил от двигатель в зависимости от того, вращается ли двигатель близко или против часовой стрелки нос автомобиля будет направлен вверх или вниз. Предоставление двигателя вращается в правильном направлении, это может помочь машине оставаться на трассе.
Мотоциклы Колеса на мотоциклах действуют как гироскопы и облегчают балансировку велосипеда. (стоять прямо) при движении.Подробнее см.: Как гироскопические силы влияют на мотоциклы
Велосипедное колесо как гироскоп
Волчки Волчок представляет собой простую форму гироскопа, так как волчок вращается. он может встать прямо, не падая, благодаря гироскопическому поведение. Однако математика более сложна, потому что трение с пол меняется, когда гироскоп наклоняется в сторону.
Гирокомпасы

Гирокомпасы в основном навигационные средства. Гироскопы не любят меняться направление, поэтому, если они установлены в устройство, которое позволяет им свободно двигаться (кардан с низким коэффициентом трения). Затем при перемещении устройства в разных направлениях гироскоп все равно будет указывать в одном направлении. Затем это можно измерить, а результаты можно использовать аналогично обычный компас.Но в отличие от стандартного магнитного компаса не является магнитным. изменения окружающей среды и показания являются точными. Гирокомпасы обычно используется на кораблях и самолетах.

Виртуальная реальность Гироскопы использовались в гарнитурах виртуальной реальности и других продуктах VR для ряда годы. В гарнитуре размещен ряд миниатюрных датчиков-гироскопов. В любом случае, когда пользователь двигает головой, направление и скорость отправляются обратно в компьютер.Затем компьютер может изменить отображение по мере необходимости.

Стабилизаторы/стабилизаторы

Монорельсовые поезда

Опять же, из-за поведения, гироскопы используются, чтобы остановить вещи от падают, некоторые монопоезда используют гироскопы, а лодки/корабли часто используют их, поэтому что в плохом море лодку держат относительно прямо и не бросают.


Из книги: Х.Крэбтри (1914) «Волчки и гироскопические Движение»

Судовые стабилизаторы


Из книги: Х.Крэбтри (1914) «Волчки и гироскопические Движение» Фото: Андервуд и Андервуд.

Из книги: Х.Крэбтри (1914) «Волчки и гироскопический Движение» Фото: Underwood & Underwood.
Авиагоризонты/автопилот Это работает так же, как гирокомпас, но на другой оси. Датчик искусственного горизонта показывает положение самолета относительно горизонта т. е. изображение самолета.
Самокат Segway Для получения более подробной информации о том, как они работают, посетите сайт сигвей.
Робототехника В настоящее время гироскопы используются для удержания сложных роботов в вертикальном положении, которые обычно просто падают. над. Вот пример: Двуногий робот
Левитрон (ТМ)

Продаваемый как исполнительная игрушка, Левитрон является уникальным изобретением, которое показывает стабилизирующее действие гироскопов.Два мощных постоянных магнита позволяют гироскопу «парить» в воздухе. То первый магнит помещается на ровную поверхность, содержащуюся в пластиковом основании, а другой размещен в гироскопе. Если гироскоп поставить на пару дюймов над основанием без вращения гироскопа, а затем отпустите, он просто перевернется из-за притяжения магнитов и упадет (или притягивается) к базе. Если бы гироскоп можно было держать ровно, то силы магнитов будут удерживать их друг от друга.И это именно то, что гироскоп делает, когда он вращается с высокой скоростью.

На первом рисунке показан базовый магнит с прозрачным пластиковым лотком для поднятия гироскоп сверху. Гироскоп помещен на лоток и вот-вот быть закрученным.

На второй и третьей картинке теперь крутится гироскоп и прозрачный пластиковый лоток. поднимается в положение, при котором силы двух магнитов могут удерживать гироскоп парит в воздухе.

На последней картинке показан гироскоп, парящий в воздухе после прозрачного лотка. увезли.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео о Левироне в действии

Исследователи разработали гироскоп размером с булавочную головку для смартфонов и медицинских устройств

Ранее в этом году iPhone 4 стал первым смартфоном со встроенным гироскопом в дополнение к акселерометру, датчику приближения и датчику внешней освещенности.Сочетание гироскопа с акселерометром позволяет устройству обнаруживать движение по шести осям — влево, вправо, вверх, вниз, вперед и назад, а также повороты по крену, тангажу и рысканию — что обеспечивает более точное определение движения, сравнимое с игровым контроллером. такие как Wii-Mote. В iPhone 4 используется гироскоп MEM (микроэлектромеханические системы), но недавно разработанный оптический гироскоп, достаточно маленький, чтобы поместиться на булавочной головке, может позволить интегрировать более точную технологию обнаружения движения не только в смартфоны, но и в смартфоны. также в медицинских устройствах внутри человеческого тела.

3-осевой гироскоп MEMs, установленный в iPhone 4, состоит из миниатюрных вибрирующих элементов, которые обнаруживают крошечные изменения силы вибрации при перемещении телефона. Обычные гироскопы, также известные как датчики вращения, которые широко используются в качестве навигационного инструмента на кораблях и самолетах, гораздо более точны, но имеют размеры от шести до восьми квадратных дюймов (15–20 см) и весят два или три фунта (около килограмма). Хотя это хорошо для корабля или самолета, это явно не так хорошо для мобильного телефона.

Новые наноразмерные оптические гироскопы, разработанные группой исследователей из Тель-Авивского университета (ТАУ) в сотрудничестве с Министерством обороны Израиля, достаточно малы, чтобы поместиться на компьютерном чипе без ущерба для чувствительности. По словам профессора Коби Шойера из Школы физической инженерии Тель-Авивского университета, эти новые гироскопы будут иметь возможность улавливать меньшие скорости вращения, обеспечивая более высокую точность при сохранении меньших размеров.

Лазерная точность

Ключом к наноразмерным гироскопам являются очень маленькие полупроводниковые лазеры.Когда устройство вращается, свойства света, излучаемого лазерами, включая его интенсивность и длину волны, меняются. Измерение этих различий позволяет устройству определять скорость вращения. Эти лазеры имеют диаметр всего несколько десятков микрометров, а это означает, что когда они будут готовы, сам гироскоп будет иметь размеры около миллиметра на миллиметр (0,04 x 0,04 дюйма), и его можно будет встроить в компьютерный чип, который также будет содержать другие необходимая электроника.

Приложения

Компания ABI Research, занимающаяся исследованиями рынка технологий, прогнозирует, что к 2013 году около 50 процентов смартфонов будут иметь встроенные гироскопы и акселерометры, поэтому разработчики смогут создавать новые пользовательские интерфейсы, игры и другие приложения, использующие их.Профессор Шойер говорит, что его наногироскопы также могут обеспечить функцию отслеживания, выходящую за рамки возможностей существующих систем GPS. Если вы окажетесь в месте, где нет приема, вы сможете отслеживать свое точное положение без сигнала GPS», — говорит он. говорит, что у медицинской науки есть и медицинские преимущества.В настоящее время небольшие капсулы с камерами проходят через тело во время некоторых диагностических процедур, но чтобы узнать, где находится капсула внутри пациента, врачи должны отслеживать ее сигнал извне.С добавлением наногироскопа капсула будет иметь встроенную навигационную систему, которая позволит перемещать капсулу в более конкретные и точные места внутри тела.

Профессор Шойер и его группа исследователей в настоящее время работают над лабораторными демонстраторами наногироскопа, который, по его прогнозам, будет готов к испытаниям через несколько лет. Исследование команды было недавно описано в журнале Optics Express .

Аппаратное обеспечение — документация FIRST Robotics Competition

Гироскопы (сокращенно «гироскопы») — это устройства, измеряющие скорость вращения.Они особенно полезны для стабилизации движения робота или для измерения курса или наклона путем интегрирования (суммирования) измерений скорости для получения измерения полного углового смещения.

Несколько популярных устройств FRC®, известных как IMU (инерциальные измерительные устройства), объединяют 3-осевые гироскопы, акселерометры и другие датчики положения в одном устройстве. Некоторые популярные примеры:

Типы гироскопов

Существует два типа гироскопов, обычно используемых в FRC: одноосевые гироскопы, трехосевые гироскопы и IMU, которые часто включают в себя 3-осевой гироскоп.

Одноосный гироскоп

Согласно их названию, одноосные гироскопы измеряют скорость вращения вокруг одной оси. Эта ось обычно указана на физическом устройстве, и очень важно установить устройство в правильной ориентации, чтобы измерялась нужная ось. Некоторые одноосевые гироскопы могут выводить аналоговое напряжение, соответствующее измеренной скорости вращения, поэтому они подключаются к портам аналогового ввода roboRIO. Другие одноосевые гироскопы, такие как показанный выше ADXRS450, вместо этого используют порт SPI на roboRIO.

Плата гироскопа Analog Devices ADXRS450 FRC, которая в последние годы была в FIRST Choice, является широко используемым одноосевым гироскопом.

Трехосевые гироскопы

Трехосевые гироскопы измеряют скорость вращения вокруг всех трех пространственных осей (обычно обозначаемых x, y и z). Движение вокруг этих осей называется тангажом, рысканьем и креном.

Примечание

Показанная выше система координат часто используется для трехосных гироскопов, так как она является общепринятой в авионике. Обратите внимание, что другие системы координат используются в математике и упоминаются в WPILib.Пожалуйста, обратитесь к диаграмме осей класса привода для осей, на которые ссылается программное обеспечение.

Периферийные трехосевые гироскопы могут просто выводить три аналоговых напряжения (и, таким образом, подключаться к аналоговым входным портам или (чаще) они могут связываться с одной из последовательных шин roboRIO.

Гироскоп BMG250 | Бош Сенсортек

Параметр Технические данные
Параметр

Цифровое разрешение

Технические данные

16 бит

Параметр

5 диапазонов измерения
(программируется для UI IF)

Технические данные

±125…±2000 °/с

Параметр

Чувствительность (откалиброванная)

Технические данные

16.4 … 262,4 младшего бита/с

Параметр

Смещение нулевой скорости

Технические данные

±3 дпс

Параметр

Смещение нулевой скорости при температуре
(TCO)

Технические данные

0,05 дпс/К

Параметр

Шумовое поведение

Технические данные

0.007 dps/√Hz
0,07 dps_rms при полосе пропускания 75 Гц

Параметр

Фильтр нижних частот

Технические данные

890 … 10,7 Гц

Параметр

Скорости выходных данных
(программируется)

Технические данные

25…3.200 Гц для UI IF
6,400 Гц для OIS/EIS IF

Параметр

Цифровые входы/выходы

Технические данные

для первичного UI IF:
I²C до 1 МГц
3w / 4w SPI
2 цифровых прерывания
для вторичного OIS/EIS IF:
3w SPI до 10 МГц

Параметр

Напряжение питания (ВДД)

Технические данные

1.7…3,6 В

Параметр

Напряжение питания I/0 (VDDIO)

Технические данные

1,2…3,6 В

Параметр

Диапазон температур

Технические данные

-40…+85°С

Параметр

Потребляемый ток
— полная работа
— быстрый пуск
— режим малой мощности

Технические данные


850 мкА
500 мкА
3 мкА

Параметр

Буфер данных FIFO

Технические данные

1 КБ

Параметр

LGA-пакет

Технические данные

2.5 х 3,0 х 0,8 мм³

Параметр

Ударопрочность

Технические данные

10 000 г x 200 мкс

Гироскопический балансировщик

Благодарности

Эта работа поддерживается NWO Vernieuwingsimpuls VIDI.Финансирование этой работы также было с благодарностью получено от инициативы MARS3 Министерства образования США RERC (Исследовательские центры инженерной реабилитации) в рамках гранта NIDRR номер h233E120010. MARS3 ( M achines A ssisting R восстановление после инсульта S и S травмы спинного мозга для реинтеграции в общество S ) является результатом сотрудничества Чикагского института реабилитации Ширфки Райанха. , Иллинойсский университет в Чикаго, Калифорнийский университет в Ирвине, Северо-Западный университет, Технологический институт Иллинойса, Алабамский университет в Бирмингеме и Технологический университет Делфта с общей целью разработки роботов для восстановления функций пациентов и облегчения их вернуться в общество.

Поддержка этого проекта также была оказана через грант Марии Кюри на интеграцию карьеры «WANDER» (PCIG13-GA-2013-618899), через Stiftelsen Promobilia (15135) и через Medical Delta.

Больше информации

Сообщение в блоге 2020 года о проекте Энди Берри

Избранные публикации

[Meijneke2021] Кор Мейнеке, Брэм Стерке, Гиль Херманс, Воутер Грегор, Хайке Валлери и Даниэль Лемус, Проектирование и оценка миниатюрных гироскопических приводов , Материалы Международной конференции IEEE/ASME по передовой интеллектуальной мехатронике (AIM) 2021 ( .pdf )

[LemusBerry2020] Daniel Lemus/Andrew Berry, Saher Jabeen, Chandra Jayaraman, Kristen Hohl, Frans van der Helm, Arun Jayaraman and Heike Vallery., Синтез контроллеров и клинические исследования носимых гироскопических приводов для поддержки человеческого равновесия , Scientific Reports , 10 2020

[Lemus2017] Даниэль Лемус, Ян ван Франкенхейзен, Хайке Валлери, Проектирование и оценка гироскопа с управлением моментом помощи при балансировке , Journal of Mechanisms and Robotics, 9(5) 2017

[Berry2016] А.Берри, Д. Лемус Перес, Р. Бабушка, Х. Валлери, Направленное управление крутящим моментом, устойчивое к сингулярностям, для гироскопических приводов , IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 21(6), 2016 ( .pdf )

[Paiman2016] C. Paiman, D. Lemus Perez, D. Short Sotero, H. Vallery, Наблюдение за состоянием равновесия с помощью одного датчика верхней части тела , Frontiers In Robotics and AI, 3(11), p .1-17, 2016 ( .pdf )

[Lemus2014] Д. Лемус, Х.Vallery, Towards Gyroscopy Balance Assistance: Proof of Concept , Proceedings of the 36th International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC) , 26-30 августа 2014, Чикаго, США. ( .pdf )

[Li2012] Д. Ли, Х. Валлери, Гироскопическая поддержка равновесия человека , Материалы 12-го Международного семинара IEEE по расширенному управлению движением (AMC) , 25-27 марта 2012 г., Сараево, Босния и Герцеговина.

[Vallery2012] H. Vallery, C. O’Brien, A. Bögel, R. Riener, Проект совместного управления для роботизированного баланса во время ходьбы , at-Automatisierungstechnik , 60 (11), p. 715-720, 2012. (.pdf )

Патенты

[P1] Х.Валлери, Д. Лемус (подано в 2015 г.). Гироскоп для системы помощи при балансировке, заявка на патент Нидерландов N2014927.

Данные движения в Swift 5 [вкл. Акселерометр, гироскоп]

Устройства iOS

, такие как iPhone и iPad, оснащены встроенными датчиками движения, способными обнаруживать изменения ускорения, вращения и магнитного поля. В этом посте представлены примеры чтения данных акселерометра, гироскопа и магнитометра с использованием CMMotionManager в Swift:

  1. Пример акселерометра iOS
    a. CMAccelerometerData и ускорение
  2. Пример гироскопа iOS
    b. CMGyroData и вращение
  3. Пример магнитометра iOS
    c. CMMagnetometerData и магнитное поле
  4. CMMotionManager Пример обновлений в реальном времени
    d. CMDeviceMotion
    e. CMDeviceMotion Крен, тангаж и рысканье
    f. CMDeviceMotion Гравитация

Полезное примечание: согласно документации Apple, максимальная частота обновления обновлений датчика движения «зависит от оборудования, но обычно составляет не менее 100 Гц».

Пример акселерометра iOS

Датчик акселерометра считывает ускорение устройства. Чтобы считать данные акселерометра, сначала создайте экземпляр CMMotionManager . Затем используйте свойство accelerometerData для считывания самого последнего значения акселерометра или метод startAccelerometerUpdates(to:) для запуска обновлений акселерометра:

  // Создание экземпляра CMMotionManager
пусть менеджер = CMMotionManager()

// Читаем самое последнее значение акселерометра
управляющий делами.данные акселерометра?.acceleration.x
manager.accelerometerData?.acceleration.y
manager.accelerometerData?.acceleration.z

// Как часто читать обновления акселерометра, в секундах
manager.accelerometerUpdateInterval = 0,1

// Запустить обновления акселерометра в определенном потоке
manager.startAccelerometerUpdates(to: .main) { (данные, ошибка) в
    // Обработка обновления ускорения
}
  

CMAccelerometerData и ускорение

Переменная accelerometerData в CMMotionManager является классом CMAccelerometerData . CMAccelerometerData также содержит временную метку , в дополнение к ускорению :

  // Время снятия показаний акселерометра
акселерометрData.timestamp

// Значения ускорения устройства
акселерометрData.acceleration.x
акселерометрData.acceleration.y
акселерометрData.acceleration.z
  

Пример гироскопа iOS

Датчик гироскопа считывает вращение устройства. Чтобы прочитать данные гироскопа, сначала создайте экземпляр CMMotionManager .Затем используйте свойство gyroData для чтения самого последнего значения гироскопа или метод startGyroUpdates(to:) для запуска обновлений гироскопа:

  // Создание экземпляра CMMotionManager
пусть менеджер = CMMotionManager()

// Читаем самое последнее значение гироскопа
manager.gyroData?.rotationRate.x
manager.gyroData?.rotationRate.y
manager.gyroData?.rotationRate.z

// Как часто читать обновления гироскопа,
// в секундах
manager.gyroUpdateInterval = 0,1

// начинаем получать обновления гироскопа
// в конкретном потоке
управляющий делами.startGyroUpdates(to: .main) { (данные, ошибка) в
    // Обработка обновления ротации
}
  

CMGyroData и Rotation

Переменная gyroData в CMMotionManager является классом CMGyroData . CMGyroData также содержит временную метку в дополнение к rotateRate :

  // Время, когда были сняты показания гироскопа
gyroData.timestamp

// Значения ротации устройств
gyroData.rotationRate.x
gyroData.rotationRate.y
гироданные.вращениеRate.z
  

Пример магнитометра iOS

Датчик магнитометра считывает магнитные поля. Чтобы считать данные магнитометра, сначала создайте экземпляр CMMotionManager . Затем используйте свойство magnetometerData для считывания самого последнего значения магнитометра или метод startMagnetometerUpdates(to:) для запуска обновлений магнитометра:

  // Создание экземпляра CMMotionManager
пусть менеджер = CMMotionManager()

// Читаем самое последнее значение магнитометра
управляющий делами.магнитометрДанные?.магнитное поле.x
manager.magnetometerData?.magnetField.y
manager.magnetometerData?.magnetField.z

// Как часто читать обновления магнитометра,
// в секундах
manager.magnetometerUpdateInterval = 0,1

// Начать получать обновления магнитометра
// в конкретном потоке
manager.startMagnetometerUpdates(to: .main) { (данные, ошибка) в
    // Обработка обновления магнитного поля
}
  

CMMagnetometerData и магнитное поле

Переменная magnetometerData в CMMotionManager представляет собой класс CMMagnetometerData . CMMagnetometerData также содержит временную метку в дополнение к MagneticField :

  // Время снятия показаний магнитометра
магнитометрData.timestamp

// Значения магнитного поля устройства
магнитометрData. MagneticField.x
магнитометрData. MagneticField.y
магнитометрData. MagneticField.z
  

CMMotionManager Пример обновлений в реальном времени

CMMotionManager имеет удобный API для обработки обновлений в реальном времени от всех датчиков движения, который называется startDeviceMotionUpdates(to:) :

  пусть менеджер = CMMotionManager()
управляющий делами.устройствоMotionUpdateInterval = 0,1
manager.startDeviceMotionUpdates(to: .main) { (движение, ошибка) в
    // Обработка обновлений движения устройства
}
  

CMDeviceMotion

Блок startDeviceMotionUpdates(to:) обработчика содержит аргумент motion , который является классом CMDeviceMotion . CMDeviceMotion содержит временную метку и переменные для доступа к данным датчика от каждого датчика:

  // Получить данные датчика акселерометра
движение.userAcceleration.x
движение.userAcceleration.y
движение.userAcceleration.z

// Получить данные датчика гироскопа
движение.rotationRate.x
движение.rotationRate.y
движение.rotationRate.z

// Получить данные датчика магнитометра
движение.магнитное поле.точность
движение.магнитное поле.поле.x
движение.магнитное поле.поле.у
движение.магнитное поле.поле.z
  

CMDeviceMotion Roll, Pitch, and Yaw

Помимо исходного вращения, CMDeviceMotion также содержит ориентацию . Отношение это ориентация устройства:

  // Получить ориентацию отношения
движение.отношение.шаг
движение.отношение.ролл
движение.отношение.рыскание
  

CMDeviceMotion Gravity

Свойство gravity on CMDeviceMotion описывает вектор силы тяжести относительно текущей ориентации устройства:

  // Получить вектор гравитации
движение.гравитация.х
движение.гравитация.у
движение.гравитация.z
  

Чтение данных датчика движения на iOS в Swift

Вот и все! Используя CMMotionManager , вы можете считывать данные об ускорении, вращении и магнитном поле с датчиков движения на iOS в Swift.

Производители МЭМС-гироскопов | Гироскопы ВОГ для БПЛА, ROV, AUV

Что такое гироскоп?

Миниатюрный вертикальный гироскоп Memsic

Гироскопы или гироскопы — это устройства, которые используются для измерения угловой скорости и, таким образом, для измерения движения и ориентации. Базовая конструкция механического гироскопа состоит из вращающегося колеса, установленного на оси, которая может принимать любую ориентацию, при этом вся конструкция установлена ​​на карданном подвесе. Из-за сохранения углового момента ориентация оси не изменится при наклоне или вращении всего устройства.Таким образом, гироскопы можно использовать для измерения изменений относительного положения между устройством и любой платформой, на которой оно установлено.

Прецизионные гироскопы необходимы для измерения движения, обнаружения углового движения для навигационных систем, а также для коррекции ориентации и баланса.

Гироскопы MEMS и волоконно-оптические гироскопы

Гироскопы

также могут быть основаны на других принципах работы. Гироскопы MEMS (микроэлектромеханические системы) используют эффект Кориолиса, измеряя тангенциальное ускорение вибрирующей массы на вращающейся платформе.Гироскопы MEMS обычно очень малы и представляют собой интегральные схемы с аналоговыми и цифровыми выходами.

Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) используют интерференционную картину от двух лазерных лучей, прошедших по одному оптическому волокну в разных направлениях. Луч, движущийся против направления вращения, имеет более короткую задержку пути, и эту разницу можно измерить. Гироскопические датчики для дронов

Высокопроизводительный гироскоп Gladiator G150Z

Три гироскопа, установленных под прямым углом друг к другу, могут измерять угловую скорость по всем трем осям — рысканию, тангажу и крену.Эти трехосевые гироскопические датчики можно использовать для обнаружения вращения дрона или беспилотного летательного аппарата в любой плоскости, и эту информацию можно использовать для стабилизации летательного аппарата в полете и компенсации влияния ветра.

Шестиосевые гироскопы включают в себя трехосевой акселерометр, который позволяет системе также измерять величину статического ускорения из-за силы тяжести и обрабатывать более сложные движения.

Гироскопы, наряду с акселерометрами и другими датчиками, такими как магнитометры, используются для создания IMU (инерциальных измерительных блоков), которые объединяют выходные данные всех этих датчиков и предоставляют информацию, которая может использоваться для расчета ориентации и скорости дрона.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.