{"id":7154,"date":"2020-02-10T14:35:57","date_gmt":"2020-02-10T13:35:57","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.generationrobots.com\/?p=7154"},"modified":"2024-03-18T16:17:39","modified_gmt":"2024-03-18T15:17:39","slug":"imu-und-robotertechnik-was-sie-wissen-sollten-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/de\/imu-und-robotertechnik-was-sie-wissen-sollten-2\/","title":{"rendered":"IMU und Robotertechnik: Was Sie wissen sollten"},"content":{"rendered":"\t\t<div data-elementor-type=\"wp-post\" data-elementor-id=\"7154\" class=\"elementor elementor-7154\" data-elementor-post-type=\"post\">\n\t\t\t\t\t\t<section class=\"elementor-section elementor-top-section elementor-element elementor-element-2b11bc47 elementor-section-boxed elementor-section-height-default elementor-section-height-default\" data-id=\"2b11bc47\" data-element_type=\"section\" data-e-type=\"section\">\n\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-container elementor-column-gap-default\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-column elementor-col-100 elementor-top-column elementor-element elementor-element-54037ec8\" data-id=\"54037ec8\" data-element_type=\"column\" data-e-type=\"column\">\n\t\t\t<div class=\"elementor-widget-wrap elementor-element-populated\">\n\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-129fe395 elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"129fe395\" data-element_type=\"widget\" data-e-type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>IMU und Robotertechnik: Was Sie wissen sollten<\/p>\n\n\n\n<p>In diesem Artikel finden Sie zahlreiche Informationen, die es beim Kauf Ihrer IMU je nach Anforderungsprofil zu beachten gilt.<\/p>\n\n\n\n<p>Sie werden erfahren, wie eine IMU funktioniert und wie ihre Parameter ausgewertet werden k\u00f6nnen. Am Ende des Artikels finden Sie ebenfalls mehrere Links zu Tests und anderen Ressourcen.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-definition-was-ist-eine-imu\">Definition \u2013 Was ist eine IMU?<\/h2>\n\n\n\n<p>Eine inertiale Messeinheit (engl. Inertial Measurement Unit, IMU) ist ein elektronisches Bauteil, das zur Gruppe der Sensoren geh\u00f6rt. Damit wird die Beschleunigung des Sensors, die Winkelgeschwindigkeit und Orientierung mithilfe einer Kombination aus Beschleunigungsmessern,<\/p>\n\n\n\n<p>Gyroskopen und Magnetometern gemessen. Die IMU vom Typ I umfasst Beschleunigungsmesser und Gyroskope, w\u00e4hrend die IMU vom Typ II zus\u00e4tzlich Magnetometer aufweist. Die Beschleunigungsmesser, Gyroskope und Magnetometer dienen zur Messung von Daten auf einer einzigen Achse (X: Nick, Y: Roll, Z: Gier).<\/p>\n\n\n\n<p>Um Informationen f\u00fcr die 3 Achsen zu erhalten, m\u00fcssen jeweils drei Bauteile jedes Ger\u00e4ts (d. h. von Beschleunigungsmessern, Gyroskopen und Magnetometern) integriert werden, um eine IMU vom Typ II zu erhalten. Ein typischer IMU-Sensor umfasst 9 Freiheitsgrade (DoF) mit:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>3 Beschleunigungsmessern<\/li>\n\n\n\n<li>3 Gyroskopen<\/li>\n\n\n\n<li>3 Magnetometern<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Bestimmte IMU k\u00f6nnen zus\u00e4tzliche Freiheitsgrade \u00fcber einen Temperatursensor, GPS-Sensor, Drucksensor usw. aufweisen. Basierend auf der Beschleunigung k\u00f6nnen Berechnungen zur Lagebestimmung, von Geschwindigkeit und Position durchgef\u00fchrt werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Mit den Gyroskopen kann die Winkellage ermittelt werden. Diese Daten der IMU sind unerl\u00e4sslich f\u00fcr die mobile Robotertechnik. Sie erg\u00e4nzen somit die Messungen der LiDAR sowie die odometrischen Messungen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong> <a href=\"\/de\/333-kreisel-und-inertialsensoren\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"> Unser Angebot an Gyroskopen und Inertialsensoren ansehen <\/a> <\/strong><\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-physikalische-grundlagen-wie-funktioniert-eine-imu\">Physikalische Grundlagen \u2013 Wie funktioniert eine IMU?<\/h2>\n\n\n\n<p>Um zu verstehen, wie eine IMU funktioniert, m\u00fcssen zun\u00e4chst alle Unterkomponenten analysiert werden:<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-unterkomponente-1-beschleunigungsmesser\">Unterkomponente 1: Beschleunigungsmesser<\/h3>\n\n\n\n<p>Ein Beschleunigungsmesser ist ein elektromechanisches Ger\u00e4t, das zur Messung von Beschleunigungskr\u00e4ften dient. Diese Kr\u00e4fte sind:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Statisch, wie die Schwerkraft; oder<\/li>\n\n\n\n<li>Dynamisch, wie die Bewegungs- oder Schwingungskr\u00e4fte.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Die Beschleunigung entspricht der Messung der Geschwindigkeitsvariation oder der Geschwindigkeit geteilt durch die Zeit. Zum Beispiel: Ein Fahrrad, das aus dem Stillstand innerhalb von f\u00fcnf Sekunden auf 30 km\/h beschleunigt wird, besitzt eine Beschleunigung von 6 km\/h pro Sekunde (30 geteilt durch 5).<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-unterkomponente-2-gyroskop\">Unterkomponente 2: Gyroskop<\/h3>\n\n\n\n<p>Ein Gyroskop ist ein Ger\u00e4t zur Messung oder Beibehaltung von Orientierung und Winkelgeschwindigkeit. Es handelt sich um ein sich drehendes Rad oder eine Scheibe, bei dem\/der sich die Rotationsachse selbstst\u00e4ndig jede beliebige Orientierung annehmen kann.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei der Drehung wird die Orientierung dieser Achse durch die Neigung oder Drehung des Tr\u00e4gers je nach Beibehaltung des Drehimpulses nicht beeinflusst.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-unterkomponente-3-magnetometer\">Unterkomponente 3: Magnetometer<\/h3>\n\n\n\n<p>Ein Magnetometer ist ein Ger\u00e4t zur Messung des Magnetismus:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Anziehungsrichtung<\/li>\n\n\n\n<li>Anziehungskraft<\/li>\n\n\n\n<li>Relative \u00c4nderung eines Magnetfelds zu einem gegebenen Standort<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Der Kompass ist beispielsweise ein derartiges Ger\u00e4t, mit dem die Richtung eines umgebenden Magnetfelds gemessen werden kann. Im vorliegenden Fall das Erdmagnetfeld.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-ros-datenubertragung-von-der-imu\">ROS \u2013 Daten\u00fcbertragung von der IMU<\/h2>\n\n\n\n<p>Alle ROS-kompatiblen IMU-Sensoren geben ihre Daten im Topic \/imu im Nachrichtenformat sensor_msgs\/Imu.msg aus:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\">\n<table>\n<tbody>\n<tr>\n<td><a href=\"http:\/\/docs.ros.org\/melodic\/api\/std_msgs\/html\/msg\/Header.html\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> std_msgs\/Header <\/a> header <a href=\"http:\/\/docs.ros.org\/melodic\/api\/geometry_msgs\/html\/msg\/Quaternion.html\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> geometry_msgs\/Quaternion <\/a> orientation float64[9] orientation_covariance <a href=\"http:\/\/docs.ros.org\/melodic\/api\/geometry_msgs\/html\/msg\/Vector3.html\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> geometry_msgs\/Vector3 <\/a> angular_velocity float64[9] angular_velocity_covariance <a href=\"http:\/\/docs.ros.org\/melodic\/api\/geometry_msgs\/html\/msg\/Vector3.html\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> geometry_msgs\/Vector3 <\/a> linear_acceleration float64[9] linear_acceleration_covariance<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/figure>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-orientierung\">Orientierung<\/h3>\n\n\n\n<p>Die 3D-Rotationen und die Orientierung k\u00f6nnen unter Verwendung der Form der Euler-Winkeln oder in Form von Quaternionen dargestellt werden.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-euler-winkel\">Euler-Winkel<\/h4>\n\n\n\n<p>Die Euler-Winkel bestehen aus drei Winkelwerten f\u00fcr die X-, Y- und Z-Achse. Jeder Rotationswert wird sequenziell, das heisst aufeinanderfolgend, angewendet. <strong> Vorteile <\/strong> Die Euler-Winkel verf\u00fcgen \u00fcber ein intuitives Format, das \u201emit blossem Auge\u201c lesbar ist.<\/p>\n\n\n\n<p><strong> Nachteile <\/strong> Bei einigen Konfigurationen kommt es bei Euler-Winkeln zu einem Verlust von Freiheitsgraden. Bei aufeinanderfolgender Anwendung von drei Rotationen kann es vorkommen, dass aufgrund der ersten oder zweiten Drehung die dritte Achse in dieselbe Richtung zeigt wie einer der anderen beiden Achsen, sodass der dritte Rotationswert nicht um eine Einzelachse angewendet werden kann.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-quaternionen\">Quaternionen<\/h4>\n\n\n\n<p>Quaternionen k\u00f6nnen verwendet werden, um die Orientierung oder Rotation eines Objektes darzustellen. Die Darstellung umfasst vier Zahlen (in der Einheit referenziert als x, y, z und w). Sie sollten nicht vergessen, dass mit diesen Gr\u00f6ssen keine Winkel oder Achsen dargestellt werden und dass Sie normalerweise nie direkt darauf zugreifen m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong> Vorteile <\/strong> Bei Quaternion-Rotationen kommt es zu keinem Verlust an Freiheitsgraden. <strong> Nachteile <\/strong> Eine einzige Quaternion kann in keine Richtung eine Rotation von \u00fcber 180\u00b0 darstellen und ist intuitiv nicht verst\u00e4ndlich.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-winkelgeschwindigkeit\">Winkelgeschwindigkeit<\/h3>\n\n\n\n<p>Die Winkelgeschwindigkeit wird durch einen dreidimensionalen Vektor (x, y und z) dargestellt und die Winkelgeschwindigkeitswerte sind von der x-, y- und z-Achse abh\u00e4ngig.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-lineare-beschleunigung\">Lineare Beschleunigung<\/h3>\n\n\n\n<p>Die lineare Beschleunigung wird durch einen dreidimensionalen Vektor (x, y und z) dargestellt und die linearen Beschleunigungswerte sind von der x-, y- und z-Achse abh\u00e4ngig.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-kovarianz\">Kovarianz<\/h3>\n\n\n\n<p>Bei den Sensoren ist die Kovarianz der Vertrauenskoeffizient f\u00fcr die Genauigkeit des Sensors. Die Kovarianz kann je nach Sensorleistung statisch sein oder kontinuierlich aktualisiert werden, wobei sie sich im Laufe der Zeit in Abh\u00e4ngigkeit von der Sch\u00e4tzung der Genauigkeit \u00e4ndert.<\/p>\n\n\n\n<p>Dasselbe gilt f\u00fcr die IMU, die eine statische oder dynamische Kovarianz aufweisen kann. Jeder Parameter besitzt einen zugewiesenen Kovarianzkoeffizienten, der fest eingestellt oder mit der Sensorsoftware verarbeitet wird, wobei somit anzeigt wird, wie zuverl\u00e4ssig der Wert sein kann.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-ubersicht-uber-die-eigenschaften-der-imu\">\u00dcbersicht \u00fcber die Eigenschaften der IMU<\/h2>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-energieverbrauch\">Energieverbrauch<\/h3>\n\n\n\n<p>Um den Energiebedarf f\u00fcr Ihr Roboterprojekt festzulegen, muss die Betriebsart und Betriebsdauer Ihrer Ausr\u00fcstung mitber\u00fccksichtigt werden. Diese Parameter sind wichtig, wenn der Sensor mit einer Batterie betrieben wird:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Versorgungsspannung in Volt<\/li>\n\n\n\n<li>Betriebsstrom in Ampere<\/li>\n\n\n\n<li>Leistung in Watt<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-kenndaten-des-sensors\">Kenndaten des Sensors<\/h3>\n\n\n\n<p><strong> Die digitale Aufl\u00f6sung <\/strong> beschreibt das gesamte Detektionsverm\u00f6gen Ihres Sensors und umfasst zwei Bereiche: <strong> 1. Abstand =&gt; <\/strong> Bewegungsmenge, die die Sensoren ber\u00fccksichtigen k\u00f6nnen:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Bei einem Beschleunigungsmesser wird dieser Wert in G-Kraft gemessen.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Gyroskope werden je nach Geschwindigkeit der Winkelrotation, die sie quantitativ in Grad\/Sekunde erfassen k\u00f6nnen, eingeteilt.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Magnetometer messen ihre Kapazit\u00e4t in \u00b5T, die je nach Sensorachse (x, y, z) variieren kann.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p><strong> 2. Empfindlichkeit =&gt; <\/strong> Absolute Zahl, die die kleinste Menge an messbaren und erfassbaren \u00c4nderungen darstellt. Bei den Sensoren h\u00e4ngt dies unmittelbar mit der f\u00fcr den jeweiligen Sensor reservierten Bitanzahl zusammen. Je mehr Bits vorhanden sind, desto h\u00f6her ist die Empfindlichkeit. <strong> Null-Gravitations-Offset: <\/strong> Wert des Beschleunigungsmessers, wenn keine \u00e4ussere Kraft angewendet wird.<\/p>\n\n\n\n<p>Entspricht dem kleinsten erfassten Fehler. <strong> Nullpegel-Offset: <\/strong> Wert des Gyroskops bei fehlender Winkelbewegung, was von der Temperatur abh\u00e4ngig sein kann. <strong> Datendurchsatz: <\/strong> Anzahl der durchgef\u00fchrten Messungen im Laufe eines gegebenen Zeitintervalls.<\/p>\n\n\n\n<p>Wenn Sie Ihre IMU ausw\u00e4hlen, stellen Sie sicher, dass die Pegel der ber\u00fccksichtigten Sensoren mit den Anforderungen Ihrer Anwendungen \u00fcbereinstimmen. <strong> Rauschdichte: <\/strong> Definiert als Einheit pro Quadratwurzel der Bandbreite, typischerweise:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>ug\/sqrt(Hz) f\u00fcr Beschleunigungsmesser<\/li>\n\n\n\n<li>deg\/sqrt(Hz) f\u00fcr Gyroskope<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p><strong> Bandbereich: <\/strong> Der Frequenzbereich, in dem ein Beschleunigungsmesser oder ein Gyroskop betrieben wird. <strong> Schnittstellen: <\/strong> Welches Kabel und Kommunikationsprotokoll werden von der IMU und Ihrem mitgef\u00fchrten System genutzt?<\/p>\n\n\n\n<p><strong> Temperaturbereich: <\/strong> Die minimalen und maximalen Umgebungstemperatursonden k\u00f6nnen sicher funktionieren, um genaue Messungen zu liefern.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-ausgangsparameter\">Ausgangsparameter<\/h3>\n\n\n\n<p><strong> Statische Genauigkeit: <\/strong> Genauigkeit am Ausgang des Sensors, wenn das Ger\u00e4t relativ stabil\/immobil ist. <strong> Dynamische Genauigkeit: <\/strong> Genauigkeit am Ausgang des Sensors, wenn das Ger\u00e4t in Bewegung ist. <strong> Rotationsfehler: <\/strong> Unterschied zwischen dem Ausgangsvektor und dem realen Vektor, gemessen in Grad.<\/p>\n\n\n\n<p><strong> Heading Error: <\/strong> Unterschied zwischen dem Ausgang der Gierachse und dem realen Wert, gemessen in Grad. <strong> Heading Drift: <\/strong> Fehleranh\u00e4ufung im Laufe der Zeit. <strong> RAW Accel\/Gyro\/Mag: <\/strong> Bruttoausgangswert jedes Sensors vor der Verarbeitung.<\/p>\n\n\n\n<p><strong> Calibrated Accel\/Gyro\/Mag: <\/strong> Ausgangswert jedes Sensors nach Verwendung der Sensorfusion zur Verarbeitung und Bereinigung jedes Signals.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-kalibrierung\">Kalibrierung<\/h3>\n\n\n\n<p>Nach Pr\u00fcfung der Parameter am Sensorausgang gibt es noch einen weiteren Faktor, den Sie ber\u00fccksichtigen sollten: die Kalibrierung. Die Kalibrierungsoptionen, die Sie aussuchen, sind von Ihrem Budget und den Anforderungen Ihres Projektes abh\u00e4ngig. Nach Pr\u00fcfung der Parameter am Sensorausgang gibt es noch einen weiteren Faktor, den Sie ber\u00fccksichtigen sollten: die Kalibrierung. Die Kalibrierungsoptionen, die Sie aussuchen, sind von Ihrem Budget und den Anforderungen Ihres Projektes abh\u00e4ngig.<\/p>\n\n\n\n<p><strong> Nominal: <\/strong> Die nominale Kalibrierung nutzt Durchschnittswerte f\u00fcr den Sensor, um eine Durchschnittsleistung zu liefern.<\/p>\n\n\n\n<p><strong> Per-device: <\/strong> Die Kalibrierung nach Ger\u00e4t erm\u00f6glicht, bestimmte Parameter zu kalibrieren, wie Sensorverst\u00e4rkung, die f\u00fcr jedes Bauteil einen eigenen Wert aufweist. Je nach Anwendung k\u00f6nnen Sie sich entscheiden, eine Kalibrierung \u00fcber eine Einzelachse oder \u00fcber mehrere Achsen f\u00fcr Ihr Projekt vorzunehmen. <strong> Dynamisch: <\/strong> Wenn Sie der Meinung sind, dass die nominale Kalibrierung akzeptabel ist, kann der Ausgang Ihres Sensors in der Praxis zus\u00e4tzlich dynamisch korrigiert werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Eigenschaften des Sensors variieren je nach Temperatur und k\u00f6nnen im Laufe der Verwendung des Sensors in seiner Endanwendung weiter angepasst werden.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-algorithmen-zur-datenfusion\">Algorithmen zur Datenfusion<\/h2>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-der-kalman-filter\">Der Kalman-Filter<\/h3>\n\n\n\n<p>Der Kalman-Filter ist eine Modellimplementation:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Zun\u00e4chst stellt der Filter auf der Grundlage seines Modells eine Hypothese f\u00fcr den n\u00e4chsten Ausgangswert des Sensors auf.<\/li>\n\n\n\n<li>Anschliessend nimmt er den gemessenen Wert und vergleicht ihn mit dem angenommenen Wert.<\/li>\n\n\n\n<li>Abschlie\u00dfend aktualisiert er sein Modell, um genauere Hypothesen f\u00fcr die n\u00e4chste Messung aufzustellen.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Mit jeder Datensequenz aus den Sensoren wird das Modell statistisch verbessert, um die Ausgangswerte zu berechnen. Gleichzeitig wird ebenfalls die Genauigkeit der Sensoren bewertet.<\/p>\n\n\n\n<p>Das Modell h\u00e4ngt vom Fehler des Sensors und der jeweiligen Anwendung ab. F\u00fcr die mobilen Robotiksysteme wissen wir aufgrund der Kenntnisse aus der realen Welt, dass sich die physischen Objekte langsam und stetig im Raum bewegen anstatt in den Raum teleportiert zu werden, wie Stichproben von GPS-Koordinaten angeben k\u00f6nnten.<\/p>\n\n\n\n<p>Dies bedeutet, dass, wenn ein Sensor, der immer ausgezeichnete Werte auf konstante Weise angezeigt hat, beginnt, unwahrscheinliche Ereignisse anzugeben (wie die GPS-\/Funksysteme in einem Tunnel), das Glaubw\u00fcrdigkeitsma\u00df des Sensors nach einigen Wiederholungen von einigen Millisekunden sinkt, bis er wieder beginnt, zusammenh\u00e4ngende Werte zu messen.<\/p>\n\n\n\n<p>Dies ist besser als die einfache Berechnung des Durchschnittswerts, da der Kalman-Filter die meisten seiner Sensoren unterst\u00fctzen kann, die vor\u00fcbergehend ungenau werden. Man braucht zumindest einen Sensor, der relativ genaue Wert \u00fcbertr\u00e4gt. Er stellt die gute Funktionsweise des Roboters sicher, bis die anderen Sensoren wieder funktionieren.<\/p>\n\n\n\n<p>Der Kalman-Filter ist eine Anwendung der allgemeineren Konzepte der mathematischen Systeme Markov-Kette und Bayessche Interferenz, die ihre Annahmen schrittweise mithilfe von Beweisen verfeinern.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image aligncenter\"><a href=\"https:\/\/blog.generationrobots.com\/wp-content\/uploads\/2020\/02\/Basic_concept_of_Kalman_filtering.jpg\"> <img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/blog.generationrobots.com\/wp-content\/uploads\/2020\/02\/Basic_concept_of_Kalman_filtering.jpg\" alt=\"Basiskonzept des Kalman-Filters\" \/> <\/a>\n<figcaption class=\"wp-element-caption\">Darstellung der Logik des Kalman-Filters. Bild erstellt von Petteri Aimonen \u00fcber Wikimedia Commons<\/figcaption>\n<\/figure>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-pid-filter\">PID-Filter<\/h3>\n\n\n\n<p>Die einfacheren Robotiksysteme k\u00f6nnen mit PID-Filtern ausgestattet sein. Man kann sie als einfache Kalman-Filter betrachten, die durch einen einzigen Sensor versorgt werden, wobei alle schrittweisen Einstellungen wegfallen und durch drei feste Werte (kp, ki und kd) ersetzt werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Es handelt sich um ein Korrektursystem, dass den Eingangswert durch die Kontrollschleife anpasst, um einen guten Ausgangswert zu erhalten. Auch wenn die PID-Werte automatisch oder manuell eingestellt werden, ist der gesamte \u201eEinstellungsprozess\u201c (anpassen, fliegen, bewerten, wiederholen) eine ausgelagerte Version des Kalman-Filters mit einem Menschen, der die Belief-Propagation-Phase \u00fcbernimmt.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-personalisierte-filter\">Personalisierte Filter<\/h3>\n\n\n\n<p>Die richtigen Systeme sind oft hybrid, zwischen diesen beiden M\u00f6glichkeiten.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-ros-pakete-fur-imu\">ROS-Pakete f\u00fcr IMU<\/h2>\n\n\n\n<p>Wenn Sie Ihre Roboter-Software unter ROS installieren, ist es einfacher, ROS-kompatible Sensoren zu kaufen. Das hei\u00dft, dass die Hersteller bereits ein ROS-Paket entwickelt haben, um eine Interaktion des Sensors unter ROS zu erm\u00f6glichen. So gewinnen Sie Zeit.<\/p>\n\n\n\n<p>Was die IMU betrifft, so werden mit dem Sensor Rohdaten oder verarbeitete Daten je nach Implementierungskonfiguration Ihrer IMU im Topic \/imu ausgegeben. Anschliessend k\u00f6nnen Sie sich unter ROS bei diesem Topic anmelden, um Daten zu erhalten, die Sie beispielsweise f\u00fcr die Navigation verwenden k\u00f6nnen. <strong> Einige der ROS-Pakete sind bereits implementiert und aktualisiert: <\/strong><\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li><a href=\"http:\/\/wiki.ros.org\/action\/fullsearch\/imu_transformer\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> imu_transformer <\/a> : Dieses Paket stellt eine Kombination aus Nodes\/Nodelets bereit, die verwendet werden k\u00f6nnen, um die IMU-Daten aus einem TF-Raster in ein anderes umzuwandeln.<\/li>\n\n\n\n<li><a href=\"https:\/\/github.com\/ccny-ros-pkg\/imu_tools\/tree\/kinetic\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> imu_tools <\/a> : \n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li><a href=\"http:\/\/wiki.ros.org\/imu_filter_madgwick\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> Imu_filter_madgwic <\/a> : Filter zur Fusion der Winkelgeschwindigkeiten, Beschleunigungen und magnetischen Auslesevorg\u00e4nge (optional) einer generischen IMU-Vorrichtung mit einer Orientierung auf der Basis des Algorithmus nach Sebastian Madgwick.<\/li>\n\n\n\n<li><a href=\"https:\/\/wiki.ros.org\/imu_complementary_filter\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> Imu_complementary_filter <\/a> : Filter zur Fusion der Winkelgeschwindigkeiten, Beschleunigungen und magnetischen Auslesevorg\u00e4nge (fakultativ) einer generischen IMU-Vorrichtung in einer Quaternion zur Darstellung der Orientierung der Vorrichtung im globalen Raster auf der Basis des Algorithmus nach Roberto G. Valenti.<\/li>\n\n\n\n<li>rviz_imu_plugin: Ein Plugin f\u00fcr rviz mit Anzeige von sensor_msgs::Imu messages<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n\n\n\n<li><a href=\"https:\/\/github.com\/gaowenliang\/imu_utils\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> imu_utils <\/a> : Paket zur \u00dcberwachung der Leistungen der IMU in Matlab<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-wie-wird-die-imu-am-besten-ausgewahlt\">Wie wird die IMU am besten ausgew\u00e4hlt?<\/h2>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Integrated computations<\/li>\n\n\n\n<li>Integrated filters<\/li>\n\n\n\n<li>Embedded microcontroller<\/li>\n\n\n\n<li>Board library (Arduino, Raspberry pi, etc.)<\/li>\n\n\n\n<li>ROS compatibility<\/li>\n\n\n\n<li>Interface<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Treffen Sie eine Wahl je nach Anforderungen Ihres Projektes. Die kosteng\u00fcnstigste IMU liefert nur Bruttowerte, w\u00e4hrend <a href=\"\/de\/403281-um7-orientierungssensor.html\"> UM7 <\/a> die verarbeiteten Werte filtert und direkt in einer ROS-Nachricht ausgibt.<\/p>\n\n\n\n<p>Auch die teuersten IMU weisen relativ \u00e4hnliche Leistungen auf. Der Unterschied besteht in den angebotenen Services und zus\u00e4tzlichen Implementierungsm\u00f6glichkeiten:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Integrierte Berechnungen<\/li>\n\n\n\n<li>Integrierte Filter (sehr leistungsf\u00e4hig: die <a href=\"\/de\/262_sbg-systems\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"> IMU von SBG Systems <\/a> )<\/li>\n\n\n\n<li>Integrierter Microcontroller<\/li>\n\n\n\n<li>Bordbibliothek (Arduino, Raspberry pi, etc.)<\/li>\n\n\n\n<li>ROS-Kompatibilit\u00e4t<\/li>\n\n\n\n<li>Schnittstelle<\/li>\n\n\n\n<li>Integration mit GPS Daten ( <a href=\"\/de\/333-kreisel-und-inertialsensoren\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"> Inertialeinheit Ellipse 2 Micro INS <\/a> )<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-welche-leistungen-bietet-eine-imu\">Welche Leistungen bietet eine IMU?<\/h2>\n\n\n\n<p>Ein IMU-Sensor ist ein n\u00fctzliches Bauteil, das in Ihren Roboter eingesetzt werden kann. Es liefert Informationen zu Winkellage, Orientierung, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Rotationsgeschwindigkeit, wenn die Werte berechnet werden. Sie sollten jedoch nicht vergessen, dass die IMU Driftfehlern unterliegt.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Fehler h\u00e4ufen sich im Laufe der Zeit, da die neuen Werte auf den vorherigen Werten basieren. Zudem kann die IMU, die ein Magnetfeld zur Berechnung der Werte nutzt, durch andere Magnetfelder (Motor, Metallstruktur usw.) beeintr\u00e4chtigt werden, die zu enormen Fehlern f\u00fchren k\u00f6nnen. Sie k\u00f6nnen Korrekturen und Filter implementieren, um diese Fehler zu reduzieren, aber der IMU-Fehler wird abdriften und kontinuierlich ansteigen.<\/p>\n\n\n\n<p>Eine M\u00f6glichkeit, dieses Problem zu l\u00f6sen, besteht darin, den Kovarianzwert (Vertrauenskoeffizienten) zu ber\u00fccksichtigen, der sich im Laufe der Zeit ver\u00e4ndern kann, wenn es ein dynamischer Wert ist.<\/p>\n\n\n\n<p>Eine andere M\u00f6glichkeit ist, einen GPS-Sensor hinzuzuf\u00fcgen. Das GPS-Signal kann den IMU-Wert aktualisieren und den Driftfehler korrigieren. F\u00fcr greifbare Ergebnisse gibt Ihnen ein <a href=\"https:\/\/pdfs.semanticscholar.org\/f15f\/4040decc10f952805ec34921401ceaebb094.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> Online-Visualisierungstest von IMU- und EMG-Sensor-Daten zur Auswertung einer Handgelenksbelastung <\/a> eine \u00dcbersicht \u00fcber den Fehler einer IMU (Abschnitt 2.1 und 3.1).<\/p>\n\n\n\n<p>In einem anderen Artikel werden alle <a href=\"https:\/\/www.edn.com\/evaluating-inertial-measurement-units\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> systematischen Verzerrungen der IMU, die zu Fehlern f\u00fchren <\/a> , aufgelistet und beschrieben. <a href=\"https:\/\/www.ncbi.nlm.nih.gov\/pmc\/articles\/PMC4934280\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"> Hier <\/a> finden Sie eine schnelle und effiziente Methode, um eine IMU zu bewerten.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-schlussfolgerung-vorteile-und-nachteile-der-imu\">Schlussfolgerung: Vorteile und Nachteile der IMU<\/h2>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-vorteile-einer-imu\">Vorteile einer IMU<\/h3>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li>Das Tr\u00e4gheitsnavigationssystem ist unabh\u00e4ngig von externen Informationen und verbraucht nicht viel Energie.<\/li>\n\n\n\n<li>Das Tr\u00e4gheitsnavigationssystem kann \u00fcber Standort, Geschwindigkeit, Winkellage, Winkeldaten informieren, und die anschliessenden Navigationsinformationen erfolgen kontinuierlich.<\/li>\n\n\n\n<li>Hochfrequenzmessung und gute Stabilit\u00e4t.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-nachteile-einer-imu\">Nachteile einer IMU<\/h3>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li>Aufgrund der Informationen des integrierten Navigationssystems steigt der Positionsfehler im Laufe der Zeit an und gew\u00e4hrleistet nur eine langfristig geringe Pr\u00e4zision.<\/li>\n\n\n\n<li>Eine lange Angleichungszeit zu Beginn ist vor jeder Nutzung notwendig.<\/li>\n\n\n\n<li>Es k\u00f6nnen keine Zeitangaben geliefert werden.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<section class=\"elementor-section elementor-top-section elementor-element elementor-element-3984ece4 elementor-section-boxed elementor-section-height-default elementor-section-height-default\" data-id=\"3984ece4\" data-element_type=\"section\" data-e-type=\"section\" data-settings=\"{&quot;background_background&quot;:&quot;gradient&quot;}\">\n\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-container elementor-column-gap-default\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-column elementor-col-100 elementor-top-column elementor-element elementor-element-643a4ec9\" data-id=\"643a4ec9\" data-element_type=\"column\" data-e-type=\"column\">\n\t\t\t<div class=\"elementor-widget-wrap elementor-element-populated\">\n\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-4de5a887 elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"4de5a887\" data-element_type=\"widget\" data-e-type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<h2 id=\"h-contactez-nous-pour-discuter-de-votre-projet-ou-pour-nous-demander-un-devis\">Das Team von Generation Robots kann Ihnen bei Ihrem Projekt helfen. Kontaktieren Sie uns:<\/h2>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-132a1092 elementor-button-align-center elementor-widget elementor-widget-form\" data-id=\"132a1092\" data-element_type=\"widget\" data-e-type=\"widget\" data-settings=\"{&quot;step_next_label&quot;:&quot;N\\u00e4chste&quot;,&quot;step_previous_label&quot;:&quot;Vorherige&quot;,&quot;button_width&quot;:&quot;100&quot;,&quot;step_type&quot;:&quot;number_text&quot;,&quot;step_icon_shape&quot;:&quot;circle&quot;}\" data-widget_type=\"form.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t<form class=\"elementor-form\" method=\"post\" id=\"Blog\" name=\"telecharger-cas-client\" aria-label=\"telecharger-cas-client\">\n\t\t\t<input type=\"hidden\" name=\"post_id\" value=\"7154\"\/>\n\t\t\t<input type=\"hidden\" name=\"form_id\" value=\"132a1092\"\/>\n\t\t\t<input type=\"hidden\" name=\"referer_title\" value=\"IMU und Robotertechnik: Was Sie wissen sollten\" \/>\n\n\t\t\t\t\t\t\t<input type=\"hidden\" name=\"queried_id\" value=\"7154\"\/>\n\t\t\t\n\t\t\t<div class=\"elementor-form-fields-wrapper elementor-labels-\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field-type-text elementor-field-group elementor-column elementor-field-group-name elementor-col-50 elementor-field-required\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<label for=\"form-field-name\" class=\"elementor-field-label elementor-screen-only\">\n\t\t\t\t\t\t\t\tName\t\t\t\t\t\t\t<\/label>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<input size=\"1\" type=\"text\" name=\"form_fields[name]\" id=\"form-field-name\" class=\"elementor-field elementor-size-sm  elementor-field-textual\" placeholder=\"Name*\" required=\"required\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field-type-text elementor-field-group elementor-column elementor-field-group-field_27b9fa5 elementor-col-50 elementor-field-required\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<label for=\"form-field-field_27b9fa5\" class=\"elementor-field-label elementor-screen-only\">\n\t\t\t\t\t\t\t\tFirma\t\t\t\t\t\t\t<\/label>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<input size=\"1\" type=\"text\" name=\"form_fields[field_27b9fa5]\" id=\"form-field-field_27b9fa5\" class=\"elementor-field elementor-size-sm  elementor-field-textual\" placeholder=\"Firma*\" required=\"required\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field-type-text elementor-field-group elementor-column elementor-field-group-field_afda901 elementor-col-50\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<label for=\"form-field-field_afda901\" class=\"elementor-field-label elementor-screen-only\">\n\t\t\t\t\t\t\t\tLand\t\t\t\t\t\t\t<\/label>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<input size=\"1\" type=\"text\" name=\"form_fields[field_afda901]\" id=\"form-field-field_afda901\" class=\"elementor-field elementor-size-sm  elementor-field-textual\" placeholder=\"Land*\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field-type-email elementor-field-group elementor-column elementor-field-group-email elementor-col-50 elementor-field-required\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<label for=\"form-field-email\" class=\"elementor-field-label elementor-screen-only\">\n\t\t\t\t\t\t\t\tEmailadresse\t\t\t\t\t\t\t<\/label>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<input size=\"1\" type=\"email\" name=\"form_fields[email]\" id=\"form-field-email\" class=\"elementor-field elementor-size-sm  elementor-field-textual\" placeholder=\"Email*\" required=\"required\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field-type-textarea elementor-field-group elementor-column elementor-field-group-field_3aa81e4 elementor-col-100\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<label for=\"form-field-field_3aa81e4\" class=\"elementor-field-label elementor-screen-only\">\n\t\t\t\t\t\t\t\tNachricht\t\t\t\t\t\t\t<\/label>\n\t\t\t\t\t\t<textarea class=\"elementor-field-textual elementor-field  elementor-size-sm\" name=\"form_fields[field_3aa81e4]\" id=\"form-field-field_3aa81e4\" rows=\"4\" placeholder=\"Nachricht\"><\/textarea>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field-type-acceptance elementor-field-group elementor-column elementor-field-group-field_01f6b2b elementor-col-100\">\n\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field-subgroup\">\n\t\t\t<span class=\"elementor-field-option\">\n\t\t\t\t<input type=\"checkbox\" name=\"form_fields[field_01f6b2b]\" id=\"form-field-field_01f6b2b\" class=\"elementor-field elementor-size-sm  elementor-acceptance-field\">\n\t\t\t\t<label for=\"form-field-field_01f6b2b\">Von Zeit zu Zeit m\u00f6chten wir Sie \u00fcber unsere Produkte und Dienstleistungen sowie andere Inhalte, die f\u00fcr Sie von Interesse sein k\u00f6nnten, informieren. Ich stimme zu, andere Benachrichtigungen von G\u00e9n\u00e9ration Robots zu erhalten. <b>Lesen sie unseren <a class=\"catalogue\" title=\"Datenschutzerkl\u00e4rung G\u00e9n\u00e9ration Robots\" href=\"\/de\/content\/120-Datenschutzerklaerung\">Datenschutzverfahren<\/a>.<\/b><\/label>\t\t\t<\/span>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field-type-recaptcha_v3 elementor-field-group elementor-column elementor-field-group-field_d7544db elementor-col-100 recaptcha_v3-bottomright\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field\" id=\"form-field-field_d7544db\"><div class=\"elementor-g-recaptcha\" data-sitekey=\"6LfccOcjAAAAAENMvgfWAyX3eUyTlTB9VNNzw3Ci\" data-type=\"v3\" data-action=\"Form\" data-badge=\"bottomright\" data-size=\"invisible\"><\/div><\/div>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"elementor-field-group elementor-column elementor-field-type-submit elementor-col-100 e-form__buttons\">\n\t\t\t\t\t<button class=\"elementor-button elementor-size-sm elementor-animation-grow\" type=\"submit\" id=\"contact_form\">\n\t\t\t\t\t\t<span class=\"elementor-button-content-wrapper\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<span class=\"elementor-button-text\">Senden<\/span>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/button>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/form>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>&nbsp; IMU und Robotertechnik: Was Sie wissen sollten In diesem Artikel finden Sie zahlreiche Informationen, die es beim Kauf Ihrer IMU je nach Anforderungsprofil zu beachten gilt. Sie werden erfahren, wie eine IMU funktioniert und wie ihre Parameter ausgewertet werden k\u00f6nnen. Am Ende des Artikels finden Sie ebenfalls mehrere Links zu Tests und anderen Ressourcen.[&#8230;]<br \/> <a class=\"button\" href=\"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/de\/imu-und-robotertechnik-was-sie-wissen-sollten-2\/\" style=\"float:right;\">Read this article &gt;&gt;<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":188,"featured_media":6998,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[10533,10543],"tags":[],"class_list":["post-7154","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-anleitungen-und-tutorials","category-produktvergleiche-und-tests"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7154","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/188"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=7154"}],"version-history":[{"count":12,"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7154\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":17423,"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7154\/revisions\/17423"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media\/6998"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=7154"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=7154"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=7154"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}