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Demonstrator für IMU-Datenfusion

Ausgangslage

Mit einem IMU-Sensor bzw. einer Inertial Measurement Unit können Beschleunigungs- und Drehratenmesswerte erfasst und daraus die Orientierung eines Objekts geschätzt werden. Ein IMU-Sensor besteht aus einem 3-Achsen Beschleunigungs­sensor und einem 3-Achsen Drehratensensor (Gyroskop). Manchmal wird zusätzlich noch ein 3-Achsen Magnetometer im Sensor integriert.

MEMS-basierte IMU-Sensoren sind heute relativ preis­wert, weil sie in grossen Stückzahlen in Smartphones, Drohnen usw. verbaut werden. Sie werden deshalb zunehmend auch in Produkten mit kleineren Stückzahlen integriert.

In den letzten Jahren hat das Institute of Signal Processing and Wireless Communications (ISC) zahlreiche Forschungsprojekte realisiert, in denen IMU-Sensoren eine zentrale Rolle spielten. In diesem Zusammenhang ist auch der folgende «IMU-Demonstrator» und das zugehörige Video entstanden.

Demonstrator

In der folgenden Abbildung ist der Demonstrator und das Blockdiagramm dargestellt.

Der Demo-Würfel enthält einen IMU-Sensor, einen ARM Cortex M4 Micro­controller, eine Bluetooth Low Energy Schnittstelle und einen Akku. Der IMU-Sensor erfasst 100 Mal pro Sekunde die Beschleunigungswerte in Richtung der lokalen x-, y- und z-Achse sowie die 3 Winkelgeschwindigkeiten bzw. Drehraten um die Achsen. Im Microcontroller wird die Orientierung des Demo-Würfels mit einem Datenfusions­algorithmus geschätzt und die resultierenden Daten (Quaternionen) auf ein Tablet über­tragen, um sie in Echtzeit darzu­stellen.

Video

In folgendem Video wird die Orientierungsbestimmung

demonstriert und die entsprechenden Stärken und Schwächen aufgezeigt.

Youtube- Video