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Che cos'è un'unità IMU ?
Una unità IMU è una scheda che consente di misurare accelerazione, velocità angolare e campo magnetico. Ogni misura viene fatta su un sistema a 3 assi. Quindi avremo 3 dati per l'accelerazione (x,y,z), 3 dati per la velocità angolare (x,y,z) e 3 dati per il campo magnetico (x,y,z). In tutto avremo 9 variabili che esprimono la posizione nello spazio della nostra scheda. Grazie a queste variabili possiamo stabilire se un oggetto è in movimento, se sta traslando, ruotando o se è inclinato rispetto al pavimento.
Nel video qui sotto puoi vedere il nostro sensore IMU in azione assieme ad altre unità. ( per vedere le informazioni sul prodotto clicca qui )
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Vettori nello spazio:
Iniziamo con il ripasso di un semplice concetto. Nello spazio tridimensionale, dato un sistema di riferimento a 3 assi, possiamo esprimere qualunque grandezza vettoriale come somma delle sue proiezioni sui tre assi.
Una grandezza vettoriale, ad esempio, è la forza. Si chiama vettoriale perché è dotata di una intensità (modulo) e di una direzione. Se vogliamo identificare una forza dobbiamo specificare l'intensità, ma anche in che direzione la stiamo applicando. Considerate ad esempio una forza applicata ad un tavolo. E' evidente che, a seconda del verso, possiamo sollevare tavolo o spingere su di esso e gli effetti sono molto diversi.
Una grandezza non vettoriale (scalare) è la temperatura. Se vogliamo conoscere la temperatura in un punto, sembra banale, dobbiamo proprio misurarla in quel punto. Le grandezze vettoriali, invece, hanno l'utile proprietà di essere esprimibili come somma di componenti rispetto ad un sistema di riferimento.
Ecco spiegato perché il sensore IMU restituisce 3 valori per ogni grandezza misurata. Accelerazione, campo magnetico e velocità sono grandezze vettoriali. Per conoscere il loro valore, quindi, non occorre posizionarsi esattamente in un punto, è sufficiente avere un sistema di riferimento. Il sensore IMU, quindi, vi da proprio le proiezioni del vettore che volete misurare su tre assi (arbitrari, ma a 90 gradi fra loro).
Conoscendo le componenti si hanno informazioni sull'intensità e, cosa molto importante, sulla direzione della grandezza.
Accelerazione di gravità:
Tutti noi sappiamo che gli oggetti hanno un peso e, se lasciati liberi, tendono a cadere verticalmente. Il fenomeno responsabile della caduta dei corpi è l'attrazione gravitazionale. La forza di gravità è sempre presente e viene utilizzata dal sensore IMU come riferimento per capire se e di quanto è inclinato rispetto al pavimento. Il sensore IMU vi darà continuamente le componenti della gravità su ciascun asse. Sapendo che il modulo della gravità è costante, potrete facilmente calcolarvi l'inclinazione del vostro oggetto.
Accelerazione:
Trascurando l'accelerazione di gravità, possiamo usare il sensore IMU per misurare le vibrazioni o una traslazione del nostro oggetto.
L'accelerazione ci da una misura di una variazione repentina di posizione a velocità non costante. Per esempio potrebbe essere una vibrazione. Se fissiamo la scheda ad un oggetto, possiamo vedere esattamente se ci sono vibrazioni, con quale frequenza e in che direzione. Avendo a disposizione un sistema di riferimento a 3 assi e conoscendo l'intensità dell'accelerazione su ciascun asse, possiamo capire quale è la direzione della perturbazione.
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Che cos'è un'unità IMU ?
Una unità IMU è una scheda che consente di misurare accelerazione, velocità angolare e campo magnetico. Ogni misura viene fatta su un sistema a 3 assi. Quindi avremo 3 dati per l'accelerazione (x,y,z), 3 dati per la velocità angolare (x,y,z) e 3 dati per il campo magnetico (x,y,z). In tutto avremo 9 variabili che esprimono la posizione nello spazio della nostra scheda. Grazie a queste variabili possiamo stabilire se un oggetto è in movimento, se sta traslando, ruotando o se è inclinato rispetto al pavimento.
Vettori nello spazio:
Iniziamo con il ripasso di un semplice concetto. Nello spazio tridimensionale, dato un sistema di riferimento a 3 assi, possiamo esprimere qualunque grandezza vettoriale come somma delle sue proiezioni sui tre assi.
Una grandezza vettoriale, ad esempio, è la forza. Si chiama vettoriale perché è dotata di una intensità (modulo) e di una direzione. Se vogliamo identificare una forza dobbiamo specificare l'intensità, ma anche in che direzione la stiamo applicando. Considerate ad esempio una forza applicata ad un tavolo. E' evidente che, a seconda del verso, possiamo sollevare tavolo o spingere su di esso e gli effetti sono molto diversi.
Una grandezza non vettoriale (scalare) è la temperatura. Se vogliamo conoscere la temperatura in un punto, sembra banale, dobbiamo proprio misurarla in quel punto. Le grandezze vettoriali, invece, hanno l'utile proprietà di essere esprimibili come somma di componenti rispetto ad un sistema di riferimento.
Ecco spiegato perché il sensore IMU restituisce 3 valori per ogni grandezza misurata. Accelerazione, campo magnetico e velocità sono grandezze vettoriali. Per conoscere il loro valore, quindi, non occorre posizionarsi esattamente in un punto, è sufficiente avere un sistema di riferimento. Il sensore IMU, quindi, vi da proprio le proiezioni del vettore che volete misurare su tre assi (arbitrari, ma a 90 gradi fra loro).
Conoscendo le componenti si hanno informazioni sull'intensità e, cosa molto importante, sulla direzione della grandezza.
Accelerazione di gravità:
Tutti noi sappiamo che gli oggetti hanno un peso e, se lasciati liberi, tendono a cadere verticalmente. Il fenomeno responsabile della caduta dei corpi è l'attrazione gravitazionale. La forza di gravità è sempre presente e viene utilizzata dal sensore IMU come riferimento per capire se e di quanto è inclinato rispetto al pavimento. Il sensore IMU vi darà continuamente le componenti della gravità su ciascun asse. Sapendo che il modulo della gravità è costante, potrete facilmente calcolarvi l'inclinazione del vostro oggetto.
Accelerazione:
Trascurando l'accelerazione di gravità, possiamo usare il sensore IMU per misurare le vibrazioni o una traslazione del nostro oggetto.
L'accelerazione ci da una misura di una variazione repentina di posizione a velocità non costante. Per esempio potrebbe essere una vibrazione. Se fissiamo la scheda ad un oggetto, possiamo vedere esattamente se ci sono vibrazioni, con quale frequenza e in che direzione. Avendo a disposizione un sistema di riferimento a 3 assi e conoscendo l'intensità dell'accelerazione su ciascun asse, possiamo capire quale è la direzione della perturbazione.
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Velocità angolare
La misura di accelerazione, abbiamo visto, può essere usata per capire se il nostro oggetto è inclinato o se si sta spostando con moto traslatorio (o è soggetto a vibrazioni). Per capire se invece sta ruotando, abbiamo a disposizione il valore della velocità angolare. La velocità angolare è una misura del numero di gradi al secondo che vengono percorsi attorno ad un asse. analogamente all'accelerazione, conoscendo la velocità su 3 assi, possiamo ricavare la velocità angolare reale del sistema.
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Applicazioni unità IMU
L'unità IMU ha diverse applicazioni. Può essere utilizzata per misure di vibrazioni, per misure di inclinazione, per stabilizzare un sistema attraverso un controllo PID di tipo posizione - velocità.
Per esempio si può realizzare un gimbal per stabilizzare telecamere e fotocamere, un veicolo a due ruote con autobilanciamento e molto altro.
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