姿态解算 (MPU9250 & Motion Driver 6)

发布于 2019-08-10 15:31:30
    本帖最后由 sogw 于 2019-8-10 15:31 编辑


    本文的主要目的是讲解如何使用 MPU9250 和官方motion driver 6.12 库实现姿态解算。


基础知识:

坐标系
(1)地心惯性坐标系(简称 i系)
[p=30, 2, left]坐标系的原点O为地球的中心, 且与地球的自转无关。z轴与地球的自转轴重合,其正向指向北极。x轴、y轴在地球的赤道平面内,Ox指向春分点,y轴由右手定则确定。三个坐标轴指向惯性空间固定不动,这个坐标系是惯性仪器测量的参考标准。[/p]
(2)地球坐标系(简称 e系)
[p=30, 2, left]坐标系的原点O位于地心,z轴为地球自转轴,x轴、y轴在地球的赤道平面内,x轴指向零度子午线,y轴则指向东经90°方向。 e系与i系的相对运动为地球的自转。[/p]
(3)地理坐标系(简称 g系)
[p=30, 2, left]地理坐标系是指原点位于运载体所在的地球表面,其中一轴与地理垂线重合的右手直角坐标系。地理坐标系的原点O选取在载体重心处,对于地理坐标系的坐标轴有不同的取法,如东北天、北西天、北东地等,这些只是坐标轴的正向方向不同,不影响导航解算。[/p]dili.png
(4)载体坐标系(简称 b系)
[p=30, 2, left]与载体固连在一起,坐标系原点O位于载体的质心,Ox沿载体横轴向右,Oz沿载体垂直轴向上,Oy符合右手定则沿纵轴向前。载体的姿态角信息可由地理坐标系与载体坐标系的角度确定。[/p]zaiti.png
(5)导航坐标系(简称 n系)
[p=30, 2, left]惯导系统中求解导航参数时所采用的坐标系。[/p]
欧拉角
[p=30, 2, left]莱昂哈德·欧拉用欧拉角来描述刚体在三维欧几里得空间的取向。对于在三维空间里的一个参考系,任何坐标系的取向,都可以用三个欧拉角来表现。参考系又称为实验室参考系,是静止不动的。而坐标系则固定于刚体,随着刚体的旋转而旋转。[/p][p=21, null, center] 200px-Euler2a.gif[/p][p=21, null, center]摘自维基百科-欧拉角。[/p][p=21, null, center]
[/p][p=30, 2, left]姿态解算的目的即是为了获取姿态信息,姿态由多种表示方式,常见的是四元数,欧拉角,矩阵和轴角。他们各自有其自身的优点,在不同的领域使用不同的表示方式。通常我们使用欧拉角表述姿态。
在姿态解算前,一般需要进行传感器标定等,此不是本文的目的,不再赘述。
[/p]
[p=30, 2, left]姿态解算需要一些算法,常见的有 非线性互补滤波算法、非线性互补滤波算法、Mahony互补滤波算法。算法的比较可以参考这里:
http://www.olliw.eu/2013/imu-data-fusing/[/p]
[p=30, 2, left]鉴于使用的是MPU9250模块,内含DMP,且其官方 InvenSense 的 Motion Driver 6.12(内含姿态解算算法等)支持九轴数据融合。所以直接使用 MD6 库获取姿态信息。不再自行解算。
[/p]
MD6
(1)获取
[p=30, 2, left]MD6可以从x893大神的github获取:https://github.com/x893/MotionDriver6。MD6对arm支持很好,文档也很详细, 移植相对简单,基本看着文档就可已完成移植和使用。[/p](2)移植
[p=30, 2, left]参考文档 “App Note 3- Motion Driver 6.12 Porting Guide”。[/p]
[p=30, 2, left]首先将源代码添加进工程。源代码即为 “core” 下的所有文件,如果想使用针对性优化过的二进制库,需要替换掉 “core” 的二进制库。[/p][p=30, 2, left]然后实现类似如下的底层接口(注意返回值):[/p][p=30, 2, left]port.png[/p][p=30, 2, left]最后添加预编译选项:[/p][p=30, 2, left]CPPDEFINES.png[/p][p=30, 2, left]编译成功即可[/p]
(3)使用[p=30, 2, left]添加 MD6 中的 “main.c” 到工程中,删减掉不需要的输入输出等,解决编译错误。然后可以创建线程来运行其中的 “main” ,就可以获得欧拉角了。(注意定点数的转化)[/p]
app.png




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1 个回答
wuhanstudio
wuhanstudio 2019-08-12
这个是不是可以发布一个软件包

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