RTK MovingBaseのサンプリング200msec区間内を加速度センサで補間する方法を検討してます。
※２０２４年２月追記 SLIMにみるIMU補正
SLIMの月面ピンポイント着陸を実現させたキーテクノロジーが位置検出技術です。
https://www.isas.jaxa.jp/feature/forefront/220928.html
IMUだけでは誤差がでるので、月面の画像から自己位置を高速演算してIMUを補正する
画像照合航法が世界初の高精度着陸を達成させました。
このようにIMUだけでは、位置精度がでないのは公知の事実ですので、本記事でやろうとしている
IMUを積分して位置を出す方法は、精度がでない方法です。何等かの方法で、補正しないとIMUは使えないというのが技術開発の方向性です。
●ＡＤＸＬをNucleo L432KCでＡＤ変換して加速度測定
600mv/gと仕様より大きめの校正値でした。
アナログ出力なので、ノイズがケーブルに載るので、同軸シールド線がいいのですが
手持ちがなかったので、カラーケーブルで配線してます。
●加速からの２回積分位置推定は精度がでない
航空機用のレーザーリングジャイロを使ったINSでさえ１時間に1.9kmの位置誤差がでるそうです。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jrsj/37/7/37_37_579/_pdf
ここで使おうとしている加速度センサにしても１分間で1-2km誤差がでるレベルですので、良い結果はでないのがわかります。
●加速度から距離測定実験
振り子とか３Ｄプリンタのベッド移動に載せて距離を測定しようとしたのですが、
振り子の糸の縦振動やベッドのプーリーなど伝達機構の振動を拾ってしまって、加速度にノイズが大きくのって積分が出鱈目になってしまってダメでした。そこで、単純に手でもって一定距離を動して測定してました。
●測定結果
Ｘ軸方向移動なのでＡｘを積分します。３００ｍｍの往復動作です。
ＥＸＣＥＬで台形積分しました。
①速度は 加速度（ｇ）ｘ９８００(mm/sec2) x 時間（sec）=mm/sec
台形１個分の速度を累積足し算していけば加速度波形を速度波形に変換できます。
axが実測加速度で静止姿勢の平均値を引いてaxsとして静止時ゼロに補正してます。
➁距離 速度（mm/sec)ｘ時間(sec)＝ｍｍ
台形積分します
●積分結果
３００ｍｍ左右移動を積分しました
グラフで速度ｘがゼロから逆転するタイミングで積分をReset
＝＞上の行を足さないで（1個前の値をゼロ）にしてＲｅｓｅｔして、再度、累積台形面積を足し算していきます。
Ｒesetで計算しなおすほうが
加速度から速度積分誤差が累積しないので距離精度がよくなります
点線はreset無で計算した場合ですが、戻りの移動距離が２００ｍｍしかでません。
resetをいれた赤実線だと280mmと300mmに対して１０％以内誤差で収まってました。
※２０２２年６月追記 MEMSIMUが全然精度が出ないので、高レートGPSの速度ベクトルを積分する方法を思いついて、確認実験してみました。なんと数cmレベルの精度がでそうです。屋外用途では、IMUより安物のGPSのほうが精度よく位置が測定できることが判りました。私の用途では、ＩＭＵは、重力方向の傾きを測定するのに使うだけで、位置測定なDeadReckoning用途では使わないことにしました。下記記事で、ＧＰＳドップラー速度ベクトルの精度の良さをご覧ください。
●考察
ＩＭＵを歩行解析に使った論文がたくさんあるのですが積分誤差にたいして一歩ずつ積分リセットして精度向上する論文があったので、参考にしたのですが、やはり、resetをいれて積分区間を短くして誤差を減らす方法なら１０％以内で使える可能性があると見ました。https://www.kochi-tech.ac.jp/library/ron/pdf/2014/03/11/a1150114.pdf
歩行関係では、足圧力を検出して速度ゼロを感知して積分をリセットする方式をもちいている例が多いですが、ＭＢとＩＭＵの組合わせの場合はＭＢのタイミング信号で
resetしてやればその瞬間の速度と位置が正確なのでできるのではないかと思います。
●以後
ヘリカルアンテナマウントにＩＭＵを仕込んで歩行実験する準備します。
