Kết hợp cảm biến khoảng cách và cảm biến quán tính trong hệ thống đo từ xa

Cảm biến quán tính (Inertial Measurement Unit – IMU) hiện đang được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của kỹ thuật và đời sống. Bài viết Kết hợp cảm biến khoảng cách và cảm biến quán tính trong hệ thống đo từ xa đề xuất một hệ thống đo từ xa sử dụng một cảm biến khoảng cách dùng laser kết hợp với một cảm biến quán tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kết hợp cảm biến khoảng cách và cảm biến quán tính trong hệ thống đo từ xa ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017 - Quyển 2 17 KẾT HỢP CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH VÀ CẢM BIẾN QUÁN TÍNH TRONG HỆ THỐNG ĐO TỪ XA COMBINATION OF A DISTANCE SENSOR AND AN INERTIAL MEASUREMENT UNIT (IMU) IN A REMOTE MEASUREMENT SYSTEM Phạm Duy Dưởng1, Nguyễn Anh Duy2, Đoàn Quang Vinh3 1 NCS ngành Điều khiển và tự động hóa, khóa K35 tại Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN; duyduongd2@gmail.com 2 Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; naduy@dct.udn.vn 3 Đại học Đà Nẵng; dqvinh@ac.udn.vn Tóm tắt - Cảm biến quán tính (Inertial Measurement Unit – IMU) hiện Abstract - The Inertial Measurement Unit (IMU) is now widely used đang được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của kỹ thuật và in many areas of technology and life. This paper proposes a remote đời sống. Bài báo này đề xuất một hệ thống đo từ xa sử dụng một measurement system that uses a laser distance sensor in cảm biến khoảng cách dùng laser kết hợp với một cảm biến quán conjunction with an IMU. By combining the analysis and tính. Bằng cách kết hợp phân tích và tính toán quỹ đạo chuyển động computation of the system's trajectory (estimated from the IMU’s của hệ thống (được ước lượng từ dữ liệu của cảm biến quán tính) và data) and distances from the system to the points under test khoảng cách từ hệ thống đến các điểm cần đo (đo được từ cảm biến (measured from the distance sensor), we can calculate 3-D khoảng cách), ta có thể tính được tọa độ không gian của các điểm coordinates of the points to be measured. Based on those data it cần đo. Từ các dữ liệu đó có thể tính toán các thông số hình học khác is possible to calculate other geometric parameters such as như khoảng cách, góc, diện tích... Kết quả thực nghiệm cho thấy khả distance, angle, area... Experimental results show the actual năng ứng dụng thực tế của hệ thống được đề xuất. applicability of the proposed system. Từ khóa - đo xa; cảm biến quán tính; cảm biến khoảng cách; bộ Key words - remote measurement; inertial measurement unit; lọc Kalman; đo chiều dài từ xa. distance sensor; Kalman filter; remote length measurement. 1. Đặt vấn đề đơn giản gồm cảm biến khoảng cách một trục (1-D Lidar) Ngày nay, LIDAR (Light Detection and Ranging) – kỹ và cảm biến quán tính (cảm biến gia tốc và vận tốc góc thuật viễn thám dùng ánh sáng, được sử dụng rộng rãi trong quay theo 3 trục) để đo độ dài từ xa. Bằng cách kết hợp tạo bản đồ bằng cách gắn một thiết bị LIDAR lên máy bay, phân tích và tính toán quỹ đạo chuyển động của hệ thống rô bốt hoặc tàu xe. Ngoài ra, LIDAR cũng được sử dụng (được ước lượng từ dữ liệu của cảm biến quán tính) và rộng rãi trong các hệ thống đo độ dài, ví dụ như hệ thống khoảng cách từ hệ thống đến các điểm cần đo (đo được từ LM-100, 414D và S910. Những thiết bị này còn có thể cảm biến khoảng cách), ta có thể tính được tọa độ không được sử dụng kèm với các thiết bị phụ trợ khác để có thêm gian của các điểm cần đo. Từ các tọa độ không gian này, ta các chức năng đặc biệt. Mặc dù những hệ thống này có thể có thể tính được các thông tin quan trọng khác (ví dụ như cho độ chính xác cao, tuy nhiên, việc sử dụng chúng độ dài, độ cao giữa 2 điểm, góc tạo bởi 3 điểm, diện tích, thường không linh hoạt. Ví dụ, hệ thống S910 phải được khoảng cách…). Hiện nay, đa số các điện thoại thông minh sử dụng với hệ thống chân đế phức tạp (gồm Leica đều được tích hợp cảm biến quán tính nên hệ thống được FTA360-S và Leica TRI 70) để có được các chức năng đo đề xuất này có thể được xây dựng bằng việc gắn một cảm điểm-đến-điểm, đo góc, đo diện tích. biến khoảng cách với một điện thoại. Có một số hướng nghiên cứu liên quan đến việc đo từ 2. Tổng quan về hệ thống xa đã được đề xuất. Các tác giả trong bài báo [1] đã đề xuất Hệ thống đo độ dài từ xa được đề xuất (Hình 1) bao một hệ thống đo khoảng cách sử dụng cảm biến quán tính gồm một cảm biến khoảng cách bằng laser (Laser-lite và một mono camera. Trong nghiên cứu này, 2 hình ảnh sensor, Công ty PulsedLight Inc., Bend) [4] và một cảm của đối tượng được chụp tại điểm đầu và điểm cuối của một biến quán tính (Mti, Công ty Xsens). Cảm biến khoảng chuyển động. Chuyển động từ điểm đầu đến điểm cuối này cách này hoạt động theo nguyên tắc tính thời gian truyền được ước lượng bằng cảm biến quán tính và được sử dụng đến đối tượng và phản xạ lại của tia laser (time-of-flight) với vai trò là đường cơ sở (baseline) cho việc ước lượng với phạm vi đo đến 40 m và tần số lấy mẫu là 33,33 Hz. khoảng cách. Trong [2], các tác giả đã đề xuất một thuật Cảm biến quán tính bao gồm cảm biến gia tốc và cảm biến toán ước lượng độ sâu của các đối tượng trong ảnh bằng vận tốc góc theo 3 trục với tần số lấy mẫu là 100 Hz. Một cách sử dụng motion stereo camera. Trong [3], các tác giả bút laser được gắn vào hệ thống để hiển thị điểm mà hệ đã gắn một camera lên xe để phát hiện và đo khoảng cách thống đang chỉ vào. Do kích thước nhỏ gọn nên hệ thống đến 2 đường biên của lề đường. có thể được sử dụng như là một thiết b ...