Xsens MTi 10-series 3-shadow

Инерциальные модули компании Xsens: математические алгоритмы совместно с современными МЭМС-технологиями как надежное решение задач ориентации и навигации

PDF версия
Инерциальные датчики и системы на их базе являются ключевым элементом при решении задач управления, стабилизации, навигации и отслеживания движения воздушных, наземных, морских и подземных объектов. Бесплатформенная инерциальная навигационная система, или система ориентации, состоит из инерциального измерительного блока (IMU), предоставляющего первичные данные об угловой скорости и линейном ускорении, и блока обработки информации с датчиков, где происходит интегрирование, преобразование и обработка данных с последующей выдачей информации об углах ориентации, скорости или положении, которые требуются для построения системы управления подвижным объектом.

Решение указанных задач осложняется неидеальностью датчиков и системы в целом, что приводит к возникновению ошибок, имеющих различный характер, в том числе ошибок, вызванных внешними воздействиями — вибрациями из-за двигателей и исполнительных механизмов или из-за взаимодействия с окружающей средой, изменениями температуры, длительными ускорениями и магнитными возмущениями.

Последние достижения в области технологии микроэлектромеханических систем (MEMS) позволяют разработать недорогие (<$1–100 за ось) и компактные (от <0,02–0,2 см3) акселерометры и гироскопы. Ошибки, присущие этим компонентам, существенно затрудняют построение навигационных систем с использованием IMU только на основе MEMS-датчиков для упомянутых применений. Для увеличения точности и надежности оценки отслеживания чрезвычайно важно, чтобы сигналы IMU на основе MEMS комбинировались с измерениями от вспомогательных датчиков, таких как магнитометр, барометрический высотомер и глобальная спутниковая навигационная система (GNSS), а также с моделями движения, специфичными для конкретных подвижных объектов. Компания Xsens, обладающая многолетним опытом разработки алгоритмов, создала алгоритм слияния датчиков Xsens estimation engine (XEE), который позволяет использовать преимущества различных вспомогательных измерений датчиков и оптимально сочетать их для получения надежных оценок отслеживания.

Линейка модулей MTi

Рис. 1. Линейка модулей MTi

Инерциальные модули Xsens имеют название MTi и удовлетворяют требованиям, существующим в различных областях применения. На рис. 1 изображена линейка модулей MTi, а в таблице 1 представлен перечень моделей в каждой из линеек с указанием функционала. Основой модуля является инерциальный измерительный блок IMU на основе MEMS-датчиков, объединенный с триадой магнитометров в легком (11 г для OEM-версии) миниатюрном (<15 см3) корпусе с энергопотреблением 480–650 мВт (для MTi 100‑й серии). Конструкция модуля и датчиков в сочетании с алгоритмами обработки сигналов обеспечивает устойчивость к вибрациям в диапазоне как минимум до 400 Гц (для MTi 100‑й серии), а также выдачу данных с высокой частотой (2 кГц) и низкой задержкой передачи данных (<2 мс). Серия продуктов MTi разработана с учетом требований, диктуемых существующими применениями.

Таблица 1. Перечень моделей в каждой из линеек модулей MTi с указанием функционала

Модель

MTi 1-series

MTi 600-series

MTi 10-series

MTi 100-series

IMU

MTi-1 IMU

MTi-610 IMU

MTi-10 IMU

MTi-100 IMU

VRU

MTi-2 VRU

MTi-620 VRU

MTi-20 VRU

MTi-200 VRU

AHRS

MTi-3 AHRS

MTi-630 AHRS

MTi-630R AHRS

MTi-30 AHRS

MTi-300 AHRS

GNSS/INS

MTi-7 GNSS/INS

MTi-670 GNSS/INS

MTi-670G GNSS/INS

MTi-G-710 GNSS/INS

GNSS/INS (RTK)

MTi-680 RTK GNSS/INS

MTi-680G RTK GNSS/INS

В рамках каждой серии MTi компания Xsens предлагает несколько вариантов продукции. Каждый вариант предоставляет различные функциональные возможности. На рис. 2 и в таблице 1 пояснена классификация модулей MTi по функционалу.

Пояснение классификации модулей MTi

Рис. 2. Пояснение классификации модулей MTi

Блок чувствительных элементов IMU представляет собой инерциальный измерительный блок, который выдает калиброванную информацию о линейных ускорениях, угловых скоростях поворота, данных о величине магнитного поля по трем осям и барометрического давления (для некоторых вариантов модулей). IMU не предоставляет функцию слияния данных от датчиков для получения оценок по углам ориентации, но имеет возможность вывода данных в виде приращений по углам ∆q и приращений по скорости ∆v.

Гирогоризонт (VRU) позволяет применять алгоритмы, которые используют направление вектора ускорения свободного падения в качестве источника дополнительной информации для расчета и коррекции углов крена и тангажа. По сути, он предоставляет те же данные, что и курсовертикаль (AHRS), за исключением угла рыскания. Оценка угла рыскания в гирогоризонте не имеет привязки к направлению на север, что означает, что угол вычисляется без какой-либо географической/магнитной привязки и коррекции, а лишь за счет интегрирования показаний с гироскопов с возможностью использования функции активной стабилизации по курсу для уменьшения его дрейфа. Для VRU доступен весь функционал IMU.

Курсовертикаль (AHRS) схожа по функционалу с гирогоризонтом и выдает углы крена, тангажа и рыскания с привязкой к направлению на север за счет использования магнитометров. Для AHRS доступен весь функционал VRU и IMU.

Инерциальная навигационная система комплексирована с информацией от спутниковой навигационной системы (GNSS/INS), в том числе с поддержкой кинематики в реальном времени (RTK) для получения сантиметровой точности определения координат. Такие варианты модулей имеют барометр и приемник сигналов GNSS и поправок с базовых станций для увеличения точности методом кинематики в реальном времени (RTK). Они выдают информацию об углах крена, тангажа и рыскания с привязкой к направлению на север, а также информацию о линейном положении объекта и его линейной скорости. Данные модули предоставляют доступ к функционалу IMU, VRU и AHRS.

Каждая из серий модулей MTi отличается друг от друга такими характеристиками, как точность выдаваемой информации об углах ориентации и координатах, габаритами, вариантом исполнения, набором доступных интерфейсов и другими эксплуатационными параметрами. В таблице 2 приведены данные по всем вариантам инерциальных модулей с основными точностными характеристиками, в таблице 3 представлены массовые и геометрические характеристики модулей MTi, в таблицах 4–6 сведены данные о характеристиках гироскопов, акселерометров, барометров, магнитометров, входящих в состав модулей, а также характеристики GNSS-приемников, в таблице 7 приведены эксплуатационные характеристики модулей.

Таблица 2. Основные точностные характеристики модулей MTi

Модуль

Крен/Тангаж

Курс

Алгоритмы
обработки

Координаты
и скорость

статическая

динамическая

MTi 1-series (1-я серия)

MTi-1 IMU

MTi-2 VRU

0,5°

0,8°

AHS

XKF

MTi-3 AHRS

0,5°

0,8°

XKF

MTi-7 GNSS/INS

0,5°

0,5°

1,5°

XKF

1 м; 0,05 м/с

MTi 600-series (600-я серия)

MTi-610 IMU

MTi-620 VRU

0,2°

0,25°

AHS

XKF

MTi-630 AHRS

0,2°

0,25°

XKF

MTi-630R AHRS

0,2°

0,25°

XKF

MTi-670 GNSS/INS

0,2°

0,25°

0,8°

XKF

1 м; 0,05 м/с

MTi-670G GNSS/INS

0,2°

0,25°

0,8°

XKF

1 м; 0,05 м/с

MTi-680 RTK-GNSS/INS

0,2°

0,25°

0,5°

XKF

1 cм; 0,05м/с

MTi-680G RTK-GNSS/INS

0,2°

0,25°

0,5°

XKF

1 cм; 0,05 м/с

MTi 10-series (10-я серия)

MTi-30 AHRS

0,2°

0,5°

XKF

MTi 100-series (100-я серия)

MTi-100 IMU

MTi-200 VRU

0,2°

0,3°

AHS

XEE

MTi-300 AHRS

0,2°

0,3°

XEE

MTi-G-710 GNSS/INS

0,2°

0,3°

0,8°

XEE

1 м; 0,05 м/с

Примечание. AHS — Active Heading Stabilization (активная стабилизация по курсу).

Таблица 3. Массовые и геометрические характеристики модулей MTi

MTi 1-series

MTi 600-series

MTi 10/100-series

MTi-G-710

Без корпуса, OEM

Пластиковый корпус,

OEM

MTi-6xxR, Корпусированный

MTi-6xxG, Корпусированный

Корпусированный

OEM

Корпусированный

Xsens MTi 1-series-shadow

Xsens MTi 600-series 3-shadow

MTi 630R

Xsens MTi-680G-shadow

Xsens MTi 10-series 3-shadow

MTi-OEM

Xsens MTi-G-710-shadow

12,1×12,1×2,55 мм

31,5×28×13 мм

56,5×40,9×24,75 мм, 75 г

56,5×40,9×36,75 мм, 98 г

57×42×23,5 мм, 52 г

37×33×12 мм, 11 г

57×42×23,5 мм, 55 г

под пайку

16-контактный разъем

12-контактный разъем

12-контактный разъем,
4-контактный разъем

9-контактный разъем

16-контактный разъем

9-контактный разъем

Отладочный набор

Отладочный набор

Отладочный набор

модуль MTi, отладочная плата, приемник и антенна, кабель с USB-переходником, шлейф, ПО

модуль MTi, антенна, USB-кабель CA-USB-MTI, ПО

Состав*: модуль MTi на отладочной плате,
приемник и антенна, USB-кабель, ПО

Состав*: модуль MTi, отладочная плата, приемник и антенна,
кабель с USB-переходником, шлейф, ПО

Состав*: модуль MTi, антенна, USB-кабель CA-USB-MTI, ПО

Примечание. *Состав отладочного набора определяется типом модуля.

Таблица 4. Технические характеристики гироскопов и акселерометров, входящих в состав модулей MTi

Характеристики

MTi 1-series

MTi 600-series

MTi 10-series

MTi 100-series

Гироскопы

Акселерометры

Гироскопы

Акселерометры

Гироскопы

Акселерометры

Гироскопы

Акселерометры

Диапазон измерений*

2000 °/с

160 м/с2

2000 °/с

100 м/с2

450 °/с

200 м/с2

450 °/с

200 м/с2

Cмещение нуля

0,2 °/с

0,05 м/с2

0,2 °/с

0,05 м/с2

Стабильность нуля в запуске

10 °/ч

30 мкg

8 °/ч

10 мкg

18 °/ч

15 мкg

10 °/ч

15 мкg

Полоса пропускания (3 дБ)

230 Гц

230 Гц

520 Гц

500 Гц

415 Гц

375 Гц

415 Гц

375 Гц

Плотность шума

0,003 °/с/√Гц

70 мкg/√Гц

0,007 °/с/√Гц

60 мкg/√Гц

0,03 °/с/√Гц

60 мкg/√Гц

0,01 °/с/√Гц

60 мкg/√Гц

Погрешность от g (с калибровкой)

0,001 °/с/g

0,001 °/с/g

0,006 °/с/g

0,003 °/с/g

Неортогональность

0,05°

0,05°

0,05°

0,05°

0,05°

0,05°

0,05°

0,05°

Нелинейность (от полного диапазона)

0,1%

0,5%

0,1%

0,1%

0,03%

0,1%

0,01%

0,1%

Примечание. *Возможны нестандартные диапазоны, по запросу.

Таблица 5. Технические характеристики магнитометров и барометров, входящих в состав модулей MTi

Характеристики

MTi 1-series

MTi 600-series

MTi 10-series

MTi 100-series

Магнитометр

Магнитометр

Барометр

Магнитометр

Магнитометр

Барометр

Диапазон измерений

±8 Гс

±8 Гс

300–1100 гПа

±8 Гс

±8 Гс

300–1100 гПа

Шум (с. к. з.)

0,5 мГс

1 мГс

1,2 Па

0,5 мГс

0,5 мГс

3,6 Па

Нелинейность (от полного диапазона)

0,2%

0,2%

0,2%

0,2%

Разрешающая способность

0,25 мГс

0,25 мГс

5 Па

0,25 мГс

0,25 мГс

8 см (на уровне моря, +15 °С)

Таблица 6. Технические характеристики GNSS-приемников, входящих в состав модулей MTi

 

MTi-G-710 GNSS

MTi-680(G) RTK-GNSS/INS

MTi-670(G) GNSS/INS

Тип приемника

72 channel, GPS/QZSS L1 C/A, GLONASS L10F, BeiDou B1, SBAS L1 C/A :
WAAS, EGNOS, MSAS

184 channel, GPS L1C/A L2C, GLO L1OF L2OF, GAL E1B/C E5b, BDS B1l B2l, QZSS L1C/A L2C

Датум

WGS84

WGS84

Частота обновления

4 Гц

4 Гц

Погрешность определения координат в горизонте

Autonomous: 2,5 м CEP

SBAS: 2 CEP

PVT: 1,5 м CEP

RTK: 1 cм CEP

Погрешность по скорости

0,05 м/с

0,05 м/с

Время готовности (холодный старт)

26 с

24 с

Таблица 7. Эксплуатационные характеристики модулей MTi

Характеристики

MTi 1-series

MTi 600-series

MTi 600-series (6xxR/G)

MTi 10-series

MTi 100-series

Напряжение питания

2,19–3,6 В

4,5–24 В

4,5–34 В или 3,3 В

Потребляемая мощность

<100 мВт (при 3 В)

<1 Вт (тип.)

550 мВт (тип., при 5 В)

660 мВт (тип., при 5 В)

Класс защиты IP

IP00

IP51

IP68

IP67 (для корпусированной версии)

Диапазон рабочих температур

–40…+85 °С

Вибрация и удары

MIL-STD-202-201A/204C/214A

Материал корпуса

нет

PC-ABS

анодированный алюминий

Частота выдачи информации

до 800 Гц

1 кГц, 400 Гц SDI

2 кГц, 400 Гц SDI

до 2 кГц

Запаздывание

< 2 мс

Интерфейсы

I2C/SPI/UART

CAN/RS232/UART

CAN/RS232

RS232/RS422/RS485/UART/USB

Опции синхронизации

SyncIn, PPS

SyncIn, SyncOut, Clock sync

Протоколы

XBus, NMEAin

XBus, ASCII (NMEA), CAN

XBus, ASCII (NMEA), CAN

XBus или ASCII (NMEA)

Модули серии MTi 1‑series — это самые маленькие (12,1×12,1 мм), легкие (<1 г) и наиболее экономичные варианты модулей Xsens в форм-факторе для поверхностного монтажа (SMD), совместимые со стандартом JEDEC PLCC‑28 и выпускаемые крупными партиями для серийного потребления в большом объеме.

Модули серии MTi 600‑series с классом пылевлагозащиты IP51 спроектированы как экономичный и простой в интеграции OEM-компонент с малой массой и габаритами. Модуль можно устанавливать двумя способами: либо кверху ногами непосредственно к ответному разъему на печатной плате, либо установить отдельно, присоединив шлейфом к ответному разъему на печатной плате. Варианты модулей MTI‑630R, MTI‑670G и MTI‑680G с классом пылевлагозащиты IP68 имеют прочный алюминиевый корпус, а модели MTI‑670G и MTI‑680G оснащены встроенным приемником GNSS. Еще одна особенность всей серии MTi 600‑series — наличие интерфейса CAN.

Модули серии MTi 10‑series представляют собой вариант инерциального модуля по доступной цене. Они оснащены прочными корпусами из анодированного алюминия и прочными и надежными разъемами push-pull. Серию MTi‑10 легко узнать по алюминиевому серебристому основанию.

Модули серии MTI 100-series — топовый вариант модулей MTi в прочных алюминиевых корпусах, точность которых превосходит обычные модули на базе MEMS-датчиков благодаря использованию высокоточных гироскопов и уникального оптимизационного фильтра, чьи возможности выходят за рамки стандартных расширенных реализаций фильтра Калмана. Кроме того, производится более точная заводская калибровка, с высокой воспроизводимостью и надежностью. MTi 100‑й серии можно узнать по темно-серому или черному основанию и небольшим отверстиям для барометра на боковой стороне корпуса. MTi-G‑710 оснащен дополнительным разъемом SMA для подключения антенны GNSS.

Вариант применения модулей Xsens в беспилотной сельскохозяйственной технике

Рис. 3. Вариант применения модулей Xsens в беспилотной сельскохозяйственной технике

Все серии модулей MTi поставляются с отладочным программным обеспечением MT Software Suite, которое содержит специально разработанный и простой в применении графический пользовательский интерфейс, а также драйверы для различных операционных систем и позволяет быстро начать работу с модулем. Помимо этого, ПО предлагает множество других полезных инструментов, примеры исходного кода и документацию.

Вариант применения модулей Xsens в беспилотных летательных аппаратах

Рис. 4. Вариант применения модулей Xsens в беспилотных летательных аппаратах

В завершение описания модулей Xsens хотелось бы немного подробней коснуться областей применения этих устройств (рис. 3–6), так как их количество растет с каждым годом. В настоящее время проводится много исследований и разработок в сфере автономных наземных транспортных средств и систем помощи водителю. Причем список применений обширен: начиная от автономных грузовиков и легковых автомобилей и поездов до мобильных роботов и автоматизированных систем для 3D-съемки. Особо следует выделить решения для складских помещений и логистики, в которых взят курс на максимальную автоматизацию и переход к «Индустрии 4.0», где отслеживание движения играет важную роль. Уже сейчас здесь используется робототехника, автономные транспортные средства, сенсорные технологии и «Интернет вещей» (IoT). Устройства, предлагаемые компанией Xsens, могут быть использованы в любой из этих областей, поскольку удовлетворяют всем специфическим требованиям при решении задач ориентации и навигации для объектов вне и внутри помещения, а также под землей. Например, гирогоризонт (VRU) обеспечивает вывод данных по крену, тангажу и курсу без привязки к магнитному полю Земли, что делает его оптимальным решением для использования в условиях с высокими магнитными возмущениями в закрытых помещениях и подземных складах. Или, например, модули MTi 600‑й серии, поддерживающие интерфейс CAN, а также оснащенные приемником GNSS, что делает их незаменимыми для использования в автомобильных системах.

Вариант применения модулей Xsens в морской тематике

Рис. 5. Вариант применения модулей Xsens в морской тематике

Классическими вариантами являются авиационные и морские применения. Авиационные применения включают системы управления беспилотными дронами, например для обследования территории или перемещения грузов, а также системы стабилизации камер, в том числе для киноиндустрии. В морских применениях базовыми являются задачи, связанные с управлением движением морских судов и беспилотных дронов, причем на территории портов это становится особо сложной задачей из-за необходимости учитывать большое количество различных факторов, включая сильно изменяющееся движение воды и воздуха. Перечень задач для морских применений, где требуется получать данные об углах ориентации и координатах объекта, весьма обширен и не ограничивается указанными примерами: сюда можно отнести и управление автономными подводными аппаратами, и решение задачи поддержания положения судна в условиях течения, и задачу стабилизации углового положения платформы для камер или антенн, и определение направления течения на поверхности и на глубине, и картографирование морского дна с высокой степенью детализации, и системы наблюдения в порту и на судах. Для всех указанных задач надежность и точность имеют первостепенное значение, но помимо этого, как правило, существуют требования по низкому энергопотреблению, высокоскоростной обработке и выдаче информации, малой массе и габаритам. Надежное аппаратное и программное обеспечение модулей MTi наряду с фильтрами, обеспечивающими защиту от магнитных искажений, и широкий выбор вариантов модулей по эксплуатационным характеристикам делают решения от Xsens более чем подходящими для указанных применений. В дополнение к упомянутым применениям, где могут эксплуатироваться инерциальные модули компании Xsens, следует упомянуть такие сферы, как сельское и лесное хозяйство, автомобильные испытания, добыча полезных ископаемых, цифровое картографирование и геодезия.

Вариант применения модулей Xsens для подводных аппаратов

Рис. 6. Вариант применения модулей Xsens для подводных аппаратов

Благодаря богатому функционалу различных серий модулей MTi, их точностным и эксплуатационным характеристикам, решения компании Xsens перекрывают большое количество требований в той или иной области применения. А наличие удобного программного обеспечения и квалифицированная техническая поддержка позволяют инженерам-разработчикам получить надежное решение с минимальными затратами времени и ресурсов на интеграцию модулей MTi в разрабатываемую систему.

Литература
  1. Vydhyanathan A., Bellusci G. The Next Generation Xsens Motion Trackers for Industrial Applications. Xsens White Paper, 2018.
  2. Пономарёв Ю. А. Инерциальные модули компании Xsens: объединение последних достижений науки в миниатюрном формате // Компоненты и технологии 2017. №7
  3. IEEE Standard for inertial systems terminology, IEEEStd 1559-2009. 2009.
  4. base.xsens.com/s/?language=en_US
  5. xsens.com

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

?>
نيك مصرى رومانسى free69tubex.com سكس العاده سكس عربى خليجى arabsexflesh.com صور طيز شباب hot sexy x videos pornfucky.net indian garls sex 美人で照れ屋なボクの彼女がなんとも嬉しい宅コスレイヤーだった!?コスプレえいみのえちえちしちゃうぞ!! 深田えいみ javunsensored.com 倉木しおり shakeela hot movies momandboyporn.net mallu outdoor hestai hentai hentai24x7.com akai mato hentai tuff henti hentaicamz.com tsuruta bungaku dharmapuri sivraj indianboobfuck.net porn india free hcbdsm indianfuckblog.com dekhne wala bf gokusaishiki no nise ai manga-hentai.net ikoku na retro hentai mallu devika porn freepornmoviestubex.com indian sex reap はるのるみ javshare.info 超敏感juicy妹は処女ビッチ~はじめてのエンコーからイキまくりギャルのエロエロ快楽堕ち即パコ性活~ 新人 緊張しながら頑張る姿が超絶可愛いデビュー作鉄板品 天野玲 ero-video.mobi rune'spharmacy ~ティアラ島のお薬屋さん صور مص زب متحركه com-porno.com صور ستات عاريه my free hentai comics besthentai.org cardcaptor hentai