陀螺仪的漂移指标，对机器人意味着什么

gangxia

本文是 ADI 工程师撰写的博客，这里摘取部分内容分享，想看完整文章请点击：https://ezchina.analog.com/thread/18244

为机器人选择陀螺仪时，大部分设计者更喜欢使用的指标是漂移。

我们来探讨一下这对机器人意味着什么……

大多数陀螺仪，包括 ADXRS450 和 ADIS16448 IMU 中的陀螺仪，产生一个输出，单位是度/秒。这是在特定时间单位t内旋转速率的度量。数值越大，机器人旋转得越快。陀螺仪不会简单地输出机器人已旋转的度数。陀螺仪会在给定的时间段内读取数百个读数，如下图中的紫色、红色、绿色线条所示。如果将这些读数加在一起，则最终会得到在设定时间段内（下例中为1秒）发生的实际角度变化。这在微积分术语中就叫积分。对于那些学过微积分的人（或那些还记得“当年”微积分课的“老伙计”），这与计算曲线围成的面积相同。这个数学计算是在 WPI 库中完成的，或对 IMU 来说，是在上述代码链接中完成的。

当首次启动机器人时，机器人放置的方向将被设置为0度。把这看作是机器人眼中的“正北”或者笔直前进的方向（例如，朝向对手队伍的驾驶站）。

在本例中，上方代表机器人的前方

然而，因为没有任何陀螺仪是十全十美的，所以这个方向会随时间而漂移。还记得我们如何获得实际方向的角度吗？必须将每个采样加起来。随时间推移，每个独立读数中的每个小误差都会累加起来。这些误差可能来自任何数目的不同内部和外部来源。（如果您有兴趣了解更多关于所有这些误差源的信息，可以查看文章《MEMS陀螺仪中主要噪声 源的预测和管理》）对这种漂移影响最大的因素是陀螺仪的偏置稳定度规格，这是衡量陀螺仪在长时间段内测量结果稳定性的一个指标。如果将机器人开启一个小时并且不移动它，陀螺仪在一个小时结束时读取的数值却根本不是零。

同样，上方代表机器人的前方

这就是通常队伍所说的陀螺仪漂移。一旦考虑到上述链接文章中所提到的不同的误差来源，参赛队伍会发现，IMU的漂移介于每小时 20 至 30 度之间。乍一看，这看上去像是漂移很大！但是，如果您看一下这在比赛过程中意味着什么，就会发现这种漂移实际上并不是太糟糕。如果假设机器人在比赛开始前保持了 7 分钟的开机时间，机器人会认为它的前进方向只改变了 3 度左右。