Aspiratorul robot, dronele sau gps-urile, toate au un lucru în comun pentru a funcționa. Fiecare folosește senzori, în special senzori IMU (unitate de măsurare inerțială), pentru a funcționa corespunzător. Un senzor este un dispozitiv electronic utilizat în legătură cu alte elemente electronice concepute pentru a detecta schimbările din mediu, cum ar fi lumina, sunetul sau mișcarea. Senzorul transmite apoi informațiile respective la dispozitivele electronice la care este conectat.

Aplicațiile obișnuite pentru IMU includ determinarea direcției într-un sistem GPS, urmărirea mișcării în anumite electronice cum ar fi telefoanele mobile și telecomenzile jocurilor video, urmărirea mișcărilor capului utilizatorului în sistemele AR (realitate augmentată) și VR (realitate virtuală). Această informație despre mișcare și orientare se aplică, de asemenea, pentru menținerea echilibrului unei drone, îmbunătățirea direcției de mers a aspiratorului robot și a altor dispozitive IoT.

Ce înseamnă IMU

O unitate de măsură inerțială (IMU) este o componentă electronică din familia senzorilor. Utilizează o combinație de accelerometre, giroscoape și magnetometre pentru a măsura accelerarea senzorului, viteza unghiulară și orientarea. Un IMU de tip I este format din accelerometre și giroscoape, iar un IMU de tip II include și magnetometre.

Accelerometrele, giroscoapele și magnetometrele măsoară datele de-a lungul unei singure axe (X, Y, Z). Pentru a obține date pentru toate cele trei axe, trebuie să integrezi trei componente ale fiecăruia (accelerometre, giroscoape și magnetometre), pentru un IMU de tip II. Un senzor tipic IMU are 9 DoF (grade de libertate), inclusiv: 3 accelerometre, 3 giroscoape și 3 magnetometre.

Unele IMU pot avea mai multe grade de libertate, dar și senzor de temperatură, GPS, senzor de presiune etc. Ele pot efectua calcule de atitudine, viteză și poziție pe baza accelerației. Giroscoapele sunt utilizate pentru calcularea poziției unghiulare. Acest tip de date IMU este esențial în robotica mobilă. Este utilizat alături de măsurători LiDAR (metodă pentru măsurarea distanțelor prin iluminarea țintei cu lumină laser și măsurarea reflecției cu un senzor) și odometrie (tehnică de măsurare a distanțelor parcurse pe jos).

Ce poate măsura un senzor IMU?

Un IMU este un tip specific de senzor inerțial care măsoară rata unghiulară, forța și uneori câmpul magnetic. IMU-urile sunt compuse dintr-un accelerometru cu 3 axe și un giroscop cu 3 axe, și este considerat un IMU cu 6 axe. De asemenea, pot include un magnetometru suplimentar cu 3 axe, ceea ce îl denumește ca fiind un IMU cu 9 axe. Din punct de vedere tehnic, termenul „IMU” se referă doar la senzor, dar IMU-urile sunt adesea asociate cu software-ul de fuziune a senzorului, care combină datele de la mai mulți senzori pentru a oferi măsuri de orientare și direcție. 

În mod obișnuit, termenul „IMU” poate fi folosit pentru a se referi la combinația dintre senzorul și software-ul de control al senzorului; această combinație este denumită și AHRS (Attitude Heading Reference System).

• Senzori tactili: ecranul telefonului;
• Senzori de mișcare: opțiunea ”Rotate” a telefonului mobil;
• Senzori de lumină: becurile se aprind automat noaptea;
• Senzori de temperatură: un termostat cu reglare automată;
• Senzori de umiditate / umiditate: ștergătoarele de parbriz pornesc pe ploaie;
• Senzori pentru câmp magnetic: GPS-ul știe în ce direcție te îndrepți;
• Senzori de vibrație: pentru a detecta furtul unui obiect sau pentru a controla diferite sisteme în cazul unui cutremur;
• Senzori chimici: un detector de monoxid de carbon semnalează niveluri periculoase;
• Senzori biologici: detectează tumorile, nivelul crescut al sângelui sau toxinele.

Cum funcționează IMU

În scopuri industriale, senzorii IMU sunt folosiți pentru alinierea și măsurarea poziționării echipamentelor de transmisie precum antenele. IMU-urile sunt, de asemenea, folosite pentru a ajuta în manevrarea aeronavelor, cu sau fără pilot. În spațiul aerian necomercial, unele sisteme de zbor de divertisment (drone, elicoptere de jucărie) utilizează IMU-uri în telecomenzile lor. O abordare similară poate fi observată cu telecomenzile televizoarelor smart care permit utilizatorilor să controleze interfața de utilizator a televizorului cu o abordare intuitivă în loc de butoane direcționale.

Aplicațiile viitoare vor vedea probabil o integrare și o fuziune mai strânse a IMU cu tehnologii precum GPS (Sistem de poziționare globală), RF (frecvență radio) și LiDAR (Light Detection And Ranging), ceea ce va permite localizarea precisă a persoanelor, vehiculelor și echipamentelor (inclusiv cele autonome), atât la interior cât și la exterior.

Tipuri principale de senzori IMU

Accelerometru: Cel mai utilizat tip de senzor de mișcare este accelerometrul. Acesta este un senzor care măsoară accelerația, pe baza inerției corpurilor. La baza funcționării sistemului de navigație spațială stau accelerometre foarte precise, de mare sensibilitate, care sunt gradate în multiplii ai accelerației gravitaționale terestre.

Giroscop: În timp ce accelerometrele pot măsura accelerația liniară, acestea nu pot măsura răsucirea sau mișcarea de rotație. Însă, giroscoapele măsoară viteza unghiulară în jurul a trei axe. Când este integrat cu software-ul de fuziune a senzorului, un giroscop poate fi utilizat pentru a determina orientarea unui obiect în spațiul 3D. Dar, pentru că un giroscop nu are un cadru inițial de referință (precum gravitația), se combină datele sale cu datele de la un accelerometru pentru a măsura poziția unghiulară. 

Magnetometru: Un magnetometru, după cum sugerează și numele, măsoară câmpurile magnetice. Poate detecta fluctuațiile câmpului magnetic al Pământului, prin măsurarea densității fluxului magnetic al aerului în punctul senzorului în spațiu. Prin aceste fluctuații, acesta găsește vectorul către nordul magnetic al Pământului. Un magnetometru poate fi fuziona excelent cu datele unui accelerometru și al unui giroscop. IMU-urile sunt utilizate pentru a măsura accelerația, viteza unghiulară și câmpurile magnetice și, atunci când sunt combinate cu software-ul de fuziune a senzorilor, ele pot fi utilizate pentru a determina mișcarea, orientarea și poziția. 

Așadar, un senzor IMU este o componentă utilă oricărui proiect din robotică deoarece va oferi informații despre poziție, orientare, viteză, accelerație și viteză de rotație. IoT, medicina, agricultura și mai ales sectorul industriilor tehnologice se vor baza pe conectarea dintre dispozitive și senzori, pentru administrarea eficientă a resurselor.