陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。人们根据这个道理,用它来保持方向。然后用多种方法读取轴所指示的方向,并自动将数据信号传给控制系统。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒,因为车轴有一股保持水平的力量。现代陀螺仪可以精确地确定运动物体的方位的仪器,它在现代航空,航海,航天和*工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。传统的惯性陀螺仪主要部分**械式的陀螺仪,而机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高。70年代提出了现代光纤陀螺仪的基本设想,到八十年代以后,光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展,激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。光纤陀螺仪具有结构紧凑,灵敏度高,工作可靠。光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪,成为现代导航仪器中的关键部件。光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外
主要是惯性MEMS(微机电系统)传感器,特别是加速度计和陀螺仪以及其他整合IMU(惯性测量单元)设备。
IMU为9轴传感器包括3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计,在实际应用中,需要把这些数据需要经过融合算法后,才能够被应用程序使用。
2加速度计的原理
(1)单轴
加速度计---我们可以把它想作一个圆球在一个方盒子中。如下图。
假定这个盒子不在重力场中或者其他任何会影响球的位置的场中,球处于盒子的正。
你可以想象盒子在外太空中,或远在航天飞机中,离任何天体,一切东西都处于无重力状态。
如下图。现我们给每个轴分配了两面墙(图中移除了Y+这面墙,以此来观察里面的情况)。
表示*行器当前飞行姿态的一个通用模型就是建立下图所示坐标系,并用Roll表示绕X轴的旋转,Pitch表示绕Y轴的旋转,Yaw表示绕Z轴的旋转。
由于MPU6050可以获取三个轴向上的加速度,而地球重力则是长期存在且永远竖直向下,因此我们可以根据重力加速度相对于芯片的指向为参考算得当前姿态。
为方便起见,我们让芯片正面朝下固定在上图飞机上,且座标系与飞机的坐标系完全重合,以三个轴向上的加速度为分量,可构成加速度向量a(x,y,z)。假设当前芯片处于匀速直线运动状态,那么a应垂直于地面上向,即指向Z轴负方向,模长为|a|=g=sqrt{X^ 2 +Y^ 2+ z^ 2}。若芯片(座标系)发生旋转,由于加速度向量a仍然竖直向上,所以Z轴负方向将不再与a重合。