Frage:
Unterschied zwischen einem 3- und 6-Achsen-Kreisel
Daniil
2020-04-19 13:47:19 UTC
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Beim Einkauf von Drohnen sehe ich einen 3- und 6-Achsen-Kreisel zur Verfügung. Was ist der Unterschied zwischen den beiden? Hat man einen Vorteil beim Überfliegen eines anderen?

Zwei antworten:
#1
+6
FlashCactus
2020-04-20 02:05:08 UTC
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Es gibt eigentlich keinen 6-Achsen-Kreisel ; der korrekte Begriff hierfür ist "IMU", was für "Inertial Measurement Unit" steht. Eine IMU ist ein Gerät, das mehrere Trägheitssensoren kombiniert, die die Ausrichtung und Position des Fahrzeugs im Raum messen.

Die 6-Achsen-IMU ist ein zusammengesetzter Sensor, der zwei verschiedene Arten von 3-Achsen-Sensoren auf einem Chip enthält . Normalerweise ist es ein 3-Achsen-Gyroskop (das die Rotationsgeschwindigkeit von allem misst, worauf es geschnallt ist) und ein 3-Achsen-Beschleunigungsmesser (der seine lineare Beschleunigung misst). Ein 3-Achsen-Kreisel hingegen ist nur der Kreisel und nichts anderes als eigenständiger Chip. Es gibt auch eigenständige 3-Achsen-Beschleunigungsmesser¹, aber Beschleunigungsmesser werden fast nie allein in fliegenden Fahrzeugen ohne Gyroskope verwendet.

Der dritte Sensortyp, den eine IMU enthalten kann, ist ein Magnetometer , der das Erdmagnetfeld² misst und verwendet werden kann, um festzustellen, welcher Weg nach Norden führt. Ein Magnetometer kann entweder als Teil einer 9-Achsen-IMU, eines anderen Sensors (z. B. in einer GPS-Einheit) oder einer vollständig eigenständigen Einheit vorhanden sein. Benötigen Sie den Beschleunigungsmesser und den Magnetometer? Nun, es kommt darauf an.

  • Für den Ratenmodus (oder den Akro-Modus , wie er allgemein bekannt ist) muss das Flugzeug nur Bescheid wissen seine Rotationsraten entlang aller drei Achsen und passt sie über die Steuerknüppelpositionen an die vom Piloten festgelegten gewünschten Raten an. Dafür reicht nur der Kreisel.
  • Im Modus Haltung , Winkel oder Autolevel (manchmal auch als stabilisierter Modus bezeichnet), in dem Der Pilot definiert die gewünschte Position (Orientierung) relativ zum Horizont, der die Drohne entspricht. Ein Gyroskop allein reicht nicht aus. Der Fluglotse muss nicht nur wissen, wie schnell er sich gerade dreht, sondern auch, in welche Richtung "unten" relativ zu sich selbst ist. Aufgrund eines Phänomens namens Integrationsdrift ³ kann der Flugregler dieses Wissen nicht genau genug mit nur einem Kreisel aufrechterhalten. Zur Korrektur des Gyroskops ist ein Beschleunigungsmesser an Bord erforderlich. Wenn Sie diese Modi verwenden möchten, benötigen Sie sowohl ein Gyroskop als auch einen Beschleunigungsmesser .
  • Ein Magnetometer (manchmal auch als bezeichnet) Für Navigationsmodi ist ein Kompass erforderlich, bei dem das Fahrzeug neben seiner Lage zum Horizont auch seine Richtung zum geografischen Norden kennen muss. Da für die Navigationsmodi auch GPS erforderlich ist, können Sie auf das im Flugregler integrierte Magnetometer verzichten und stattdessen ein GPS-Gerät mit einem Magnetometer erwerben. Oder Sie können beide erhalten, eine im FC und eine im GPS, wodurch die Genauigkeit der Messwerte erhöht wird. (Tatsächlich können Sie die beiden anderen Sensoren für den gleichen Effekt verdoppeln. Einige Flugsteuerungen werden zu diesem Zweck mit einer Doppel-IMU hergestellt.)

¹: stark> Es gibt auch ein- und zweiachsige Versionen jedes Sensortyps - was nur bedeutet, dass Sie mehrere davon benötigen, um eine vollständige IMU zu erstellen. Sie werden heutzutage selten verwendet, da die integrierten Versionen normalerweise in jeder Hinsicht besser sind.

²: Oder ein anderes Magnetfeld, weshalb Sie es von Magneten und Stahlkonstruktionen fernhalten müssen, da sonst Müll entsteht. Normalerweise befindet sich nur wenig Metall in der Luft, außer dem, was sich in Ihrem Flugzeug befindet. Daher funktionieren Magnetometer in UAVs in der Regel recht gut, es sei denn, Sie haben einen magnetverriegelten Baldachin und stellen den FC daneben oder so. Die Minimierung von Interferenzen ist auch der Grund, warum Magnetometer normalerweise in GPS-Einheiten integriert und so weit wie möglich vom Rest des Flugzeugs entfernt montiert werden.

³: Die Integrationsdrift ist ein Problem, das die Trägheit plagt Navigation seit Beginn der Zeit und ist überall dort vorhanden, wo Sie etwas nicht direkt messen können, aber Sie können messen, wie schnell es sich stattdessen ändert (mit anderen Worten, Sie können die Ableitung integrieren es also (addieren Sie die Änderungen im Laufe der Zeit), um den ursprünglichen Wert zu erhalten. Jede Messung ist jedoch mit einem Fehler verbunden, und die Fehler summieren sich ebenfalls, sodass Ihr Gesamtfehler ständig zunimmt und irgendwann größer wird als das Original, das Sie gemessen haben.

Intuitiv ist Integrationsdrift wie ein Spaziergang in einem Wald. Wenn Sie den Wald betreten, haben Sie (hoffentlich) ein Gefühl dafür, in welche Richtung Norden (oder eine andere Referenzrichtung) führt. Während Sie gehen, können Sie einige Zeit einen Orientierungssinn bewahren ("Ich ging in Richtung Norden, also war es vor mir, jetzt bog ich nach links ab, Norden muss jetzt zu meiner Rechten sein"). Da Sie jedoch nicht genau wissen, um wie viel Grad Sie sich gedreht haben , führt jede Umdrehung einen kleinen Fehler in Ihre Richtungsschätzung ein, und diese Fehler summieren sich Zeit. Ein paar Stunden später ist Ihr Orientierungssinn weit genug vom Original entfernt, dass Sie möglicherweise in die entgegengesetzte Richtung gehen, von der Sie glauben, dass Sie gehen. Selbst wenn Sie die ganze Zeit nur versuchen würden, in einer geraden Linie zu gehen, würden Sie wahrscheinlich irgendwann vom Kurs abweichen, da Sie ohne externe Referenz nicht sagen können, ob Sie tatsächlich in einer geraden Linie gegangen sind (Dies wird als Null-Drift bezeichnet.)

Der einzige Ausweg besteht darin, über eine alternative Quelle für Richtungswissen zu verfügen (z. B. einen Kompass oder die Kombination aus Sonnenstand und Tageszeit oder eine andere) beobachtbare Richtwirkung in Ihrer Umgebung (wie ein entfernter Berg), die Sie regelmäßig überprüfen und dieses Wissen verwenden, um den Fehler in Ihrem "internen" Orientierungssinn zu korrigieren.

Ein Quadcopter im Winkelmodus hat das gleiche Problem: Um aufrecht zu bleiben, muss er wissen, wo sich "oben" befindet, und ein Gyroskop kann nur (als Annäherung) messen, um wie viel Grad es von seiner vorherigen Ausrichtung gedreht wurde. es weiß (oder kümmert sich nicht), was diese vorherige Orientierung war. Und selbst wenn der FC seine vorherige Ausrichtung gekannt hätte, wäre die Schätzung möglicherweise weit vom Original entfernt. Hier kommt der Beschleunigungsmesser ins Spiel: Seine Aufgabe ist es, die Schwerkraft der Erde und damit die Richtung nach unten zu messen und anhand dieser Informationen die anfängliche Ausrichtung zu ermitteln, wenn der Quadcopter scharfgeschaltet ist (z. B. zu wissen, wo sich der Norden befindet, wenn er in den Wald eintritt ) sowie die Korrektur einer möglichen Drift der Orientierung, die von den Gyros im Flug erhalten wird.

#2
+4
Kralc
2020-04-19 14:00:27 UTC
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Ein dreiachsiger Kreisel misst die Rotationsgeschwindigkeit in drei Achsen - Nick-, Roll- und Giergeschwindigkeit.

Ein sechsachsiger Kreisel ist eine leichte Fehlbezeichnung, da es sich um einen dreiachsigen Kreisel handelt mit einem dreiachsigen Beschleunigungsmesser, der die Beschleunigung in drei Achsen (x, y und z) misst. Da die Erdbeschleunigung gemessen werden kann, können diese Sensoren verwendet werden, um zu bestimmen, welcher Weg relativ zum Sensor nach unten zeigt.

Schließlich werden möglicherweise 9-Achsen-Gyros erwähnt. Dies sind 6-Achsen-Gyros, die ein dreiachsiges Magnetometer enthalten, mit dem der Kurs bestimmt werden kann.



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