慣性計測装置(IMU)の基本とセンサデバイスとの違い

ドローン・工業機器の姿勢制御や、自動運転の制御などにおいて重要な役割を担う、角速度・加速度を高精度に計測する慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)の基本と、IMUとセンサデバイスとの大きな違いについて解説します。

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慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)とは

慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)とは3次元の慣性運動(直行3軸方向の並進運動および回転運動)を検出する装置です。加速度センサ[m/s2]により並進運動を、角速度(ジャイロ)センサ[deg/sec]により回転運動を検出します。

センサデバイスと慣性計測装置(IMU)の違い

実環境下ではさまざまな影響(実装基板の反り・振動・実装誤差・温度変化など)を受けるため出力データの精度が劣化しますが、慣性計測装置(IMU)は誤差を低減するさまざまな補正機能を搭載しており、高精度なセンシングデータを安定的に出力します。

センサデバイスと慣性計測装置(IMU)の誤差比較

慣性計測装置(IMU)の性能について(高精度・高安定)

慣性計測装置(IMU)で特に重要視されるジャイロセンサの安定性は、アラン分散(Allan Variance)で表現されています。アラン分散はセンサ出力の安定性(縦軸)を時定数(横軸)の関数として表現したもので、縦軸の値が小さいほど安定性が高いということになります。アラン分散で値が最も低くなる平らな部分の値は「バイアス安定性」[dph(=deg/hr)]とされ、センサの安定性性能を表現する指標となります。FOG(Fiber Optical Gyro)などの高価なジャイロではバイアス安定性は1dphを下回ります。

アランバリアンス図(ARW+Bias Instability)

慣性計測装置(IMU)のアプリケーション例

慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)は、姿勢制御を必要とする機器に搭載されています。
最近では、生産設備の予知保全や劣化診断や振動観測(地震、ビルの振動)等に応用されています。

  • 自動運転:位置・姿勢検知
  • 精密農業:トラクターの自動運転、アーム姿勢制御
  • ドローン:姿勢制御
  • アンテナ・カメラ振動検知/制御:アンテナ制振、カメラ制振
  • 建設機器・鉱山機械:ブレード姿勢・角度制御、パワーショベルアーム制御
  • 製造機器:異常振動検知、ロボットアーム姿勢制御

アプリケーションイメージ

  • アプリケーション例:ロボットアーム
    ロボットアームにM-G365を使用した場合の説明動画になります。


※上記画像をクリックするとYoutubeの説明ページへ移動します。

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