Sensor Fusion von verschiedenen Winkelpositionsgeber

[Ritchie]

Hallo Chris,

Ich dachte bis vor kurzem, das der Kalman-Filter ein statisches Verfahren ist,
welches verschiedene Sensorinformation zu einer gemeinsamen Information "verheiraten" kann.

Das war wohl schlecht ausgedrückt. Klar kann ich nur Äpfel mit Äpfel "addieren", im realen Leben gibt es
beim Mischen Gemüsesalat und in der Mathe nur "Blödsinn".

Ich habe hierbei mehrere Winkelinformation, welche ich von verschiedenen Sensoren bekomme.
Derzeit will ich halt mit den Beschleunigungsdaten des CMPS10 den errechneten Winkel des Gyro ADXR620 (analog) stabilisieren.

Hier mal ein Datenauszug eines erstellten Log. Das Board stand stabil ohne Bewegung.

accelerometer[0]	accelerometer[1]	accelerometer[2]
28670	16380	12355
8190	24572	4163
-8195	8188	-12221
8190	28668	-24509
12286	12284	28739
12286	-20484	20547
-12291	24572	-12222
8190	24572	24643
12286	-32772	12355
-2	-28676	4163
12286	24572	-16317
20478	28668	-16317
16382	16380	24643
16382	12284	-12221
12286	-28676	20547
28670	12284	-28605
4094	28668	-4030
-4099	28668	-12221
-8195	12284	-28605
4094	-24580	-28605
-2	24572	4163
8190	20476	67
-2	24572	-28605
16382	16380	-32701
-2	-16388	-28605
-32770	-24580	67
-2	24572	4164
16382	-28676	-16317
12286	4092	16451
-2	28668	16451
4094	12284	68

Ich habe schon einige Lösungen gesehen, wo der Mittelwert des letzten Messungen genommen wird.
Ich könnte, wenn überhaupt einen fliessenden Mittelwert berechnen, da ich sonst zu langsam wäre,
wenn ich erst 5 Messungen via seriell einlesen muss, um einen Wert zu bekommen.

Viele Grüße

R.

[HaWe]

erklär doch mal bitte, wie du mit Accelerometerwerten Winkeldaten stabilisieren willst.
Natürlich nennt man ein Verfahren, das so etwas kann, "sensor fusion", und Kalman-Filter wären tatsächlich ein Verfahren dafür.
Und es soll ja tatsächlich Lösungen dazu geben, aber mir ist nicht klar, wie du die Verbindung zwischen geradliniger Beschleunigung (durch Gravitation oder Geschwindigkeitsänderung) und Dreh-Winkeln herstellen willst.
In dem Beispiel oben wird der atan angeführt, ich verstehe aber ehrlich nicht, was der damit zu tun haben soll.

[Che Guevara]

Hi,

könnte es sein, dass du die / den / das Endianness falsch interpretierst / programmierst? Sieht für mich ein bisschen danach aus.
Diese Werte sind definitiv von keinem funktionsfähigen Acc, der stabil auf dem Tisch liegt.

Gruß
Chris

[Ritchie]

Hallo,

@HaWe
Da dieser Sensor die Beschleunigung misst, kann man anhand der Beschleunigung innerhalb einer Zeiteinheit eine Wegänderung errechnen (1g = 9.81m/s).
Der Sensor gibt die Wegänderung für jede Achse aus. Mich interessiert nur die Änderung der "X Achse", je nach Betrachtung.

Schau hier mal nach: http://www.pololu.com/product/1250/resources
Dort ist ein Projektfile Namens : LSM303DLH-orangutan-example-code

hier ein Teilstück aus dem Quellcode:

// Returns a heading (in degrees) given an acceleration vector a due to gravity, a magnetic vector m, and a facing vector p.
int get_heading(const vector *a, const vector *m, const vector *p)
{
vector E;
vector N;

// cross magnetic vector (magnetic north + inclination) with "down" (acceleration vector) to produce "east"
vector_cross(m, a, &E);
vector_normalize(&E);

// cross "down" with "east" to produce "north" (parallel to the ground)
vector_cross(a, &E, &N);
vector_normalize(&N);

// compute heading
int heading = round(atan2(vector_dot(&E, p), vector_dot(&N, p)) * 180 / M_PI);
if (heading < 0)
heading += 360;
return heading;
}

Da der Kompass CMPS10 den LSM303 als Beschleunigungs und Magnetfeld Messung verwendet,
kannst Du sicher auch das hier gebrauchen, um die Sache besser zu Verstehen:
http://www.pololu.com/file/0J434/LSM...s-app-note.pdf

@Chris
Endianness, das ist eine Möglichkeit, das prüfe ich gerade. Den diese Werte machen für mich keinen Sinn, aber der ausgegebene Kompasswert des CMPS ist korrekt.
Er muss also korrekt arbeiten, da der Drift korriegiert ist.

Gruss R.

- - - Aktualisiert - - -

Vielen Dank Chris für diesen Hinweis:

Das sieht jetzt besser aus.

-832	-224	17344
-656	-240	17472
-704	-256	17280
-720	-560	17072
-672	-560	17504
-688	-544	17440
-816	-576	17408

                    m_AtmegaStatus.accelerometer[0] =(int) (int)(m_RS232_Buffer[4]  + (int) (m_RS232_Buffer[5] << 8)); // get the Acc X
                    m_AtmegaStatus.accelerometer[1] =(int) (int)(m_RS232_Buffer[6]  + (int) (m_RS232_Buffer[7] << 8)); // get the Acc Y
                    m_AtmegaStatus.accelerometer[2] =(int) (int)(m_RS232_Buffer[8]  + (int) (m_RS232_Buffer[9] << 8)); // get the Acc Z

So ist es richtig.

Gruss R.

[HaWe]

das ist mir völlig klar!
eine Beschleunigung ist die Differenzierung der Geschwindigkeit nach der Zeit bzw. die Geschw. ist die Integration der Beschleunigung über die Zeit ( a = dv / dt oder v = da x dt)
die doppelte Integration der Beschleunigung über die Zeit ergibt den zurückgelegten Weg ( s = 1/2 da x dt²)

aber sie ergibt keinen Winkel!
die Integration oder Differenzierung ergibt immer Vektoren, die bezeichnen einen Wert (Skalar) und eine (geradlinige ) Richtung !

also wie willst du einen gedrehten Winkel und einen zurückgelgten Weg ( oder gerichtete Geschwindigkeit oder gerichtete Beschleunigung ) zueinander in Beziehung setzen?
sicherlich geht es irgendwie, wenn man die 3D-Matrix der acc-Werte irgendwie zueinander in Beziehung setzt und weiß, in welcher räumlichen Lage sich der Sensor im 3D Raum befindet, was man auf schrägem Untergrund oder - im Extremfall - fliegenden Objekten aber nie sicher wissen kann)

Im Übrigen müssen bei einem ruhenden horizontal waagerecht gelagerten acc-Sensor:
2 Werte Null sein (horizontal geradeaus und horizontal quer zur Orientierung)
1 Wert 1 g = 9,80665 m/s² betragen (senkrecht zur Lage, gerichtet auf den Erdmittelpunkt). (edit: sry, verschrieben)

Wo stehen diese Werte bei dir?

[Che Guevara]

Also ich versteh dein Problem nicht, du gibst dir doch schon selbst die Antwort:

Im Übrigen müssen bei einem ruhenden horizontal waagerecht gelagerten acc-Sensor:
2 Werte Null sein (horizontal geradeaus und horizontal quer zur Orientierung)
1 Wert 1 g = 9,80665 m/s² betragen (senkrecht zur Lage, gerichtet auf den Erdmittelpunkt). (edit: sry, verschrieben)

Daraus lässt sich der aktuelle Winkel berechnen (bzw. dessen Mittelwert, wenn der Acc in Bewegung ist oder Vibrationen nahe der Resonanz vorhanden sind) mit dem atan.

Gruß
Chris

[HaWe]

NIEMALS lässt sich daraus so einfach der Winkel errechnen !!!
Oder beweise die mathematischen Zusammenhänge !!
(Winkel = gedreht um die senkrechte Raumachse = heading)

ich geb dir mal was zu lesen:
hier ist eine Publikation, die ich schon etliche Jahre kenne, und die Accelerometer und Gyros per Sensor Fusioning per Kalman Filter integriert. Da siehst du, um was es prinzipiell geht:

sie ist hier mal wieder zu groß (Mann, Moderatoren, ändert mal die Defaults !!!) , ich verlinke sie woanders, da musst du dich wschl nur registrieren um sie zu lesen...

http://www.mindstormsforum.de/viewtopic.php?f=78&t=8432

[Che Guevara]

Sorry, aber so etwas von sich zu geben, OBWOHL
- schon viele viele Leute das erfolgreich implementiert haben
- der Zusammenhang u.a. in dem Link, den ich schonmal gepostet hatte, dargestellt ist
zeugt nicht von viel Ahnung.

(Mann, Moderatoren, ändert mal die Defaults !!!)

Anscheinend solltest du mal an deinem Ton feilen, hab das schon in einem anderen Thread beobachtet, dass ein Forum wohl nicht unbedingt der beste Platz für dich ist.

[HaWe]

bin daran gewöhnt, bin selber admin und Moderator. Außerdem geht dich das nichts an.
i.Ü. zeig einfach mal, wie der Zusammenhang zwischen Drehung um die senkrechte Achse und acc-Werten ist, und alles ist gut.

edit: dass es grundsätzlich iwie geht, bestreite ich nicht, aber wie und warum - das bleibt zu zeigen.

[Che Guevara]

Also wenn du um die AccZ-Achse (senkrecht) drehst, merkst du das in den Daten nicht, um das gehts hier aber nicht, sind Äpfel und Birnen.