Неточные навигационные системы могут привести к катастрофическим результатам: провалу миссии, дорогостоящим задержкам или даже снижению безопасности. Если ваш проект основан на точном отслеживании движения, эти проблемы могут повлиять на общий успех. Однако с помощью хорошо спроектированного инерциального измерительного блока (IMU) вы можете обеспечить точную и стабильную навигацию, исключив подобные риски.
Основная функция блока инерциальных измерений (IMU) — измерять и сообщать об ускорении, угловой скорости и ориентации объекта, обеспечивая точную навигацию и управление движением. IMU необходимы в таких отраслях, как аэрокосмическая, оборонная и робототехника, где точность не подлежит обсуждению.
Давайте углубимся, чтобы понять роль IMU в различных приложениях.
Оглавление
Каковы основные компоненты ИДУ?
По своей сути IMU использует два основных типа датчиков: акселерометры и гироскопы. Акселерометры отслеживают, насколько быстро объект ускоряется или замедляется по трем осям (x, y, z). Тем временем гироскопы измеряют, насколько быстро этот объект вращается. Эта комбинация позволяет IMU отслеживать движение в трех измерениях, обеспечивая обратную связь в реальном времени.
Иногда высококлассные IMU также включают в себя магнитометры. Благодаря использованию данных магнитного поля от магнитометра точность угловой скорости гироскопа еще больше повышается, что приводит к лучшей коррекции рыскания и повышению общей точности навигации.
Подумайте об этом так: управляете ли вы дроном, наводите ракету или управляете спутником, IMU постоянно передает в вашу систему управления данные, необходимые для обеспечения бесперебойной работы. Неважно, находитесь ли вы в небе или под водой; ИДУ знает, где вы находитесь. И в этом вся прелесть — он работает независимо. После инициализации IMU перед вылетом он может работать независимо в течение определенного периода времени без GPS или после потери точных сигналов GPS, сохраняя при этом относительно высокую точность.
Как IMU обеспечивает точность навигации?
Главное — точность навигации, особенно когда вы пилотируете самолет или автономный транспорт. Хотя системы GPS предоставляют вам внешние данные о местоположении, они не всегда надежны — например, туннели, густые леса или космическое пространство. Вот тогда ваш ИДУ активизируется. Непрерывно измеряя ускорение и вращение, он рассчитывает изменения положения и ориентации в реальном времени.
Самая крутая часть? IMU и GPS часто работают рука об руку. Когда GPS теряет сигнал, IMU берет на себя управление и следит за ходом событий. Например, представьте, что вы летите на самолете, и вдруг отключился GPS. Нет проблем — IMU продолжит рассчитывать положение самолета, основываясь исключительно на измерениях внутренней скорости и вращения. Как только GPS снова подключится к сети, вы все еще будете на правильном курсе. Никакого дрейфа, никаких догадок.
Это бесшовное сочетание внутренних данных IMU и внешних данных GPS обеспечивает высокую точность даже в самых сложных условиях.
Почему ИДУ необходимы для стабилизации?
Теперь поговорим о стабильности. Независимо от того, летите ли вы в условиях турбулентности или ведете ракету через непредсказуемый ветер, стабилизация имеет решающее значение. Это еще одна область, в которой IMU действительно проявляют себя. Например, в самолете IMU постоянно отправляет данные о движении в систему управления. Когда он обнаруживает какое-либо изменение (например, неожиданную турбулентность), он сообщает системе о необходимости немедленного внесения корректировок. Это делает езду плавной и стабильной.
В мире обороны подумайте о ракетах или БПЛА. Даже малейшее изменение в движении может сбить траекторию ракеты. IMU обнаруживает эти незначительные изменения и обеспечивает сохранение курса системы, корректируя любые отклонения в режиме реального времени. Без ИДУ вы рискуете пропустить цель и провалить миссию. Это просто неприемлемо, когда точность решает все.
IMU также находят свое применение в системах стабилизации камеры. Если вы когда-нибудь видели плавные кадры с дронов, вы можете поблагодарить ИДУ. Постоянно распознавая движение, он помогает камере оставаться устойчивой даже во время быстрых движений или вибраций.
Какую роль IMU играют в автономных системах?
Автономные системы — например, беспилотные автомобили, дроны, роботы — в значительной степени полагаются на IMU. Этим машинам необходимо понимать окружающую среду и то, как они в ней движутся, и все это без участия человека. Это большая работа, но ИДУ с ней легко справляется.
Возьмем, к примеру, беспилотные автомобили. Наряду с такими датчиками, как LiDAR и камеры, IMU информирует автомобиль о его ориентации и скорости. Что происходит, когда машина въезжает в туннель и GPS отключается? IMU плавно берет на себя управление, обеспечивая плавность движения автомобиля. Как только сигнал GPS возвращается, машина не промахнулась.
В промышленной робототехнике IMU не менее важны. Будь то сборка деталей или перемещение по заводскому цеху, робот полагается на IMU, чтобы понять свое положение и ориентацию. Это гарантирует точность и повторяемость движений, без права на ошибку.
Как IMU повышают производительность промышленных приложений?
ИДУ нашли свое применение во всех видах промышленного применения. От горнодобывающей промышленности до сельского хозяйства и строительства — машины часто работают в отдаленных районах, где GPS не всегда можно доверять. Войдите в ИДУ. Оно отслеживает движение и ориентацию техники, позволяя операторам оставаться в курсе событий и поддерживать оптимальную работу всего оборудования.
На производстве IMU интегрируются в роботизированные руки. Этим роботам необходимо достигать цели с невероятной точностью, и именно здесь на помощь приходит IMU. Обнаруживаются даже самые незначительные изменения движения, что позволяет роботу немедленно вносить коррективы. Результат? Безупречные производственные линии, меньше ошибок и меньше простоев.
Логистика – еще одна область, в которой ИДУ набирают обороты. Автоматизированные транспортные средства (AGV) эффективно перемещают товары по складам. Благодаря IMU эти транспортные средства могут перемещаться по большим и сложным пространствам без помощи человека, избегая препятствий и оставаясь на курсе.
Какие типы IMU обычно используются?
Не все ИДУ созданы равными. Существует два основных типа, каждый из которых подходит для разных нужд:
МЭМС (микроэлектромеханические системы). IMU : они небольшие, доступные по цене и используются во всем: от смартфонов до дронов. Они компактны и достойно справляются с задачами, не требующими сверхвысокой точности. FOG (волоконно-оптический гироскоп) и RLG (кольцевой лазерный гироскоп). Если вам нужна высокая точность, вам подойдут эти IMU. Их обычно используют в аэрокосмической и военной промышленности, поскольку они обеспечивают большую точность и стабильность. Если вы управляете ракетой или космическим кораблем, вам нужны IMU FOG или RLG на вашей стороне.
Выбор подходящего IMU зависит от вашего приложения, ваших требований к точности и, конечно же, вашего бюджета. Для повседневного коммерческого использования MEMS IMU более чем подходят. Но если вы имеете дело с оборонной или аэрокосмической отраслью, вам, скорее всего, понадобятся более высококлассные IMU FOG.
Заключение
Блок инерциальных измерений (IMU) — незаменимый инструмент для навигации, стабилизации и отслеживания движения в различных отраслях. Независимо от того, управляете ли вы дроном, управляете ракетой или автоматизируете производственную линию, IMU предоставляет данные в реальном времени, необходимые для обеспечения точности и надежности в любой среде.
