El sensor de actitud es un sensor común que se aplica en varios sistemas para proporcionar datos de actitud del sistema. el sistema de dirección automática SAgro100 también ha aplicado sensores de actitud para obtener datos de actitud y rumbo del tractor.
En el blog anterior, presentamos el sensor de ángulo que puede proporcionar datos de dirección del tractor para algunos terrenos complejos, como pendientes, colinas, montañas, etc. Sin embargo, debido a su dificultad de instalación y límite de compatibilidad, los usuarios prefieren mejor el sensor de actitud. Por eso hoy presentaremos qué es el sensor de actitud y cómo funciona.
1. Principio de funcionamiento
El sensor de actitud es un dispositivo utilizado para detectar la actitud de un objeto. Puede medir el ángulo, la dirección y la posición del objeto en el espacio, determinar la actitud del objeto a través del algoritmo de fusión de datos y generar la velocidad angular calibrada, la aceleración, los datos magnéticos, etc. La medición de la actitud del movimiento se lleva a cabo a través del algoritmo de datos del sensor basado en el cuaternión, y los datos de actitud tridimensionales de deriva cero representados por el cuaternión, el ángulo de Euler, etc. se generan en tiempo real. Los sensores de actitud se utilizan ampliamente en muchos campos, como el aeroespacial, la robótica, los automóviles, los equipos médicos, etc.
El principio de funcionamiento del sensor de actitud se puede dividir en dos tipos: uno es un sensor basado en una unidad de medida inercial (IMU) y el otro es un sensor basado en un magnetómetro y un acelerómetro.
1.1 Sensor de actitud basado en IMU
Un sensor de actitud basado en IMU normalmente consta de un giroscopio y un acelerómetro. Los giroscopios pueden medir la velocidad angular de un objeto que gira alrededor de tres ejes (ejes X, Y, Z), mientras que los acelerómetros pueden medir la aceleración de un objeto a lo largo de tres ejes. Procesando las mediciones del giroscopio y el acelerómetro, se puede determinar la pose del objeto.
El principio de funcionamiento de IMU se basa en la primera ley y la segunda ley de Newton. La primera ley de Newton establece que si sobre un objeto no actúa una fuerza externa, mantiene su estado original, es decir, se mueve en línea recta con velocidad uniforme o permanece en reposo. Según esta ley, el acelerómetro se puede utilizar para medir la aceleración de la gravedad experimentada por el objeto para determinar la posición del objeto. La segunda ley de Newton establece que la aceleración de un objeto es proporcional a la magnitud y dirección de la fuerza sobre el objeto e inversamente proporcional a la masa del objeto. Según esta ley, el giroscopio se puede utilizar para medir la velocidad angular del objeto alrededor de los tres ejes para determinar la dirección del objeto.
1.2 Sensor de actitud basado en magnetómetro
Los sensores de actitud basados en magnetómetros y acelerómetros miden la orientación y posición de los objetos en el campo magnético de la Tierra. Un magnetómetro mide el efecto del campo magnético de la Tierra sobre un objeto, mientras que un acelerómetro mide la aceleración debida a la gravedad que experimenta un objeto. Al procesar las mediciones del magnetómetro y del acelerómetro, se puede determinar la orientación y posición de un objeto dentro del campo magnético de la Tierra.
La precisión y estabilidad del sensor de actitud son factores importantes que afectan su rendimiento. Para mejorar la precisión y estabilidad del sensor de actitud, se pueden utilizar diversas técnicas, como el filtrado de Kalman, el filtrado adaptativo, el filtrado digital, etc.
En aplicaciones prácticas, el sensor de actitud se puede utilizar en combinación con otros sensores, como GPS, telémetro láser, etc., para mejorar la precisión de su posicionamiento y navegación. El rango de aplicación de los sensores de actitud es cada vez más amplio y todavía hay mucho margen de desarrollo en el futuro.
El sensor de actitud de el sistema SAgro100 es del tipo basado en IMU. Se llama giroscopio en el software. De hecho, incluye giroscopio y acelerómetro.
2. Aplicaciones
Los sensores de actitud se utilizan ampliamente en aviones, drones, teléfonos inteligentes, VR/AR, rastreadores de actitud y equipos de movimiento humano, que requieren una medición de actitud 3D de bajo costo y alta dinámica.
Entre ellos, para aviones y vehículos aéreos no tripulados, el sensor de actitud es un componente importante para garantizar un vuelo fluido.
En gafas VR/AR y rastreadores de postura, el sensor de postura se puede utilizar para detectar la postura de la cabeza del usuario, a fin de lograr una experiencia interactiva más natural. Además, los sensores de actitud también se pueden aplicar a algunos equipos médicos deportivos, como pulseras inteligentes y podómetros, para registrar la información del ejercicio del usuario.
3. Instalación
En el kit de dirección automática SAgro100, el sensor de actitud está instalado en la carrocería del tractor para medir sus datos de actitud y el sensor de ángulo está instalado en la rueda delantera para medir la información de actitud de las ruedas. Estas dos informaciones de actitud juegan un papel importante en la navegación del vehículo. Después del procesamiento del algoritmo interno, se obtiene la información de movimiento del vehículo y, combinada con la tecnología de orientación y posicionamiento de antena dual, guía al vehículo para que conduzca con mayor precisión de acuerdo con la trayectoria establecida.
Instalación del sensor de actitud en tractores MFWD normales:
Fije el giroscopio horizontalmente en la cabina del tractor y conéctelo con el cable del giroscopio. La dirección de los giroscopios debe ser perpendicular a la dirección de avance del tractor. NOTA: Es mejor montar el giroscopio cerca o debajo del asiento, ya que hay menos vibración.
Instalación del sensor de actitud en tractores MFWD normales:
Debido a la particularidad de este tipo de tractores, resulta complicado instalar sensores de ángulo en las ruedas. En cambio, los tractores articulados utilizan giroscopios para obtener datos de orientación del tractor. Los giroscopios deben montarse en un lugar plano en la mitad delantera del tractor.
4. Actualizar
Debido a la compatibilidad y la dificultad de instalación, los usuarios prefieren sensores de actitud en lugar de sensores de ángulo; en futuros kits de dirección automática agrícola, el sensor de ángulo será completamente reemplazado por el sensor de actitud.
El modo de giro dual actualizado de los sistemas de dirección automática proporcionará facilidad de instalación y precisión en entornos complejos y bajas velocidades.
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