2013/05/04

加速度センサで角度検出してみるの巻

【2014/10/12 記事更新】


前回の記事（http://nekolab.blogspot.jp/2013/05/arduino.html）で、加速度センサ（ADXL345）を動かしてみました。


今回は、センサから得た値の計算をして、センサの傾きを検出してみようと思います。


前回の記事で、加速度センサに傾き検出が～、と書いてましたが、加速度センサは重力加速度も検出するというコメントを頂きました。


と、いうことはですよ、重力がどの向きにかかっているのかを検出することで、センサがどれだけ傾いているかを検出できるということですね。

スマホの画面の向きが変わるやつとかはこれを利用してるのか...知らなかったです。
加速度センサで傾きが分かるとは思わなかったので。



デバイスはArduinoで、前回と大体同じです。


ちょこっとだけプログラムが変わっています。

センサの値を取得するのは前回の記事と変わりません。


このセンサの値ですが、重力加速度がそのまま出力されているわけではありません。

センサに設定してあるスケール（今回は±16g）の範囲で、13bitの分解能（高分解能モードの場合）で出力されます。

出力が１だけ変化したときの重力加速度の変化は、

(16 + 16) / 2^13 = 0.00390635

と、約3.9mgです。


センサ出力の値に0.0039を掛けると、重力加速度に変換できます。

ただしこれは、±16gのスケールと13bitの分解能の場合です。
センサの設定が違えば、この値も変わってきます。



センサの値を重力加速度に変換できたら、Ｘ軸の回転角と、Ｙ軸の回転角を求めます。



上図で、OＸ向きをＸ軸の回転軸とします。同様にY軸もOＹを回転軸とします。

OZは重力加速度で、常に1ｇの大きさがあります。

また、上図には書いてませんが、角OXZ、角OYZ、角ＸＯＹは直角です。


この図で、θxがＸの回転軸の角度、θyがＹの回転軸の角度です。

θx、θyを求めれば、センサがどれだけ傾いているかがわかります。



上図は、ＯＸＺの三角形を抜き出したものです。


これからθxを求めるには、OZとOＹの大きさが分かっていれば求められます。

OZは重力加速度なので常に１です。

OYはＹ軸方向の加速度で、センサの出力から求められます。


よって、θxは、

θx = sin^-1(OY / 1)[rad]

で求められます。


sin^-1はアークサインで、直角三角形の斜辺と求めたい角に接しない辺の長さから、求めたい角の大きさを求める三角関数です。

また、この計算結果は弧度法（ラジアン）で与えられるため注意が必要です。(C言語のmath.hの場合)



同様に、θyについても計算を行うと、もう片方の軸の角度を求めることができます。



さて、これを実際にArduinoで実装してみます。


#include
#include

int acc_address = 0x53;
long acc_x, acc_y, acc_z;
double g_x, g_y, g_z;
double x_rol, y_rol;


void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  
  Wire.begin();
  
  Wire.beginTransmission(acc_address);
  Wire.write(0x31);
  Wire.write(0x0B);
  Wire.endTransmission();
  
  Wire.beginTransmission(acc_address);
  Wire.write(0x2d);
  Wire.write(0x08);
  Wire.endTransmission();
  
  delay(1);
}

void loop()
{
  Wire.beginTransmission(acc_address);
  Wire.write(0x32);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(acc_address, 6);
  if(Wire.available() > 5){
    acc_x = Wire.read();
    acc_x = (Wire.read() << 8) | acc_x;
    acc_y = Wire.read();
    acc_y = (Wire.read() << 8) | acc_y;
    acc_z = Wire.read();
    acc_z = (Wire.read() << 8) | acc_z;
  }
  
  
  g_x = acc_x * 0.0039;
  g_y = acc_y * 0.0039;
  g_z = acc_z * 0.0039;
  
  x_rol = asin(g_y / 1) * (180 / 3.1415);
  y_rol = asin(g_x / 1) * (180 / 3.1415);
  
  Serial.println(g);
  Serial.print("X_rol:");Serial.println(x_rol);
  Serial.print("Y_rol:");Serial.println(y_rol);
  
  delay(100);
}


大体こんな感じです。

シリアル通信で、PCに傾きの値を送信しています。



しかし、この加速度センサは、静止状態では傾きが分かりますが、水平方向に加速度が働くと、正しい値を得られません。

逆に、傾いた状態で、水平方向の加速度を測定することもできません。


じゃあどうするか？

加速度センサ以外のセンサを使って、傾きを検知すればいいのではないか？と思います。


というわけで、ジャイロセンサと加速度センサを使って、傾きと加速度を検出できるようにしたいと思います。


でもまだやってないので、また今度です。


【2014/10/12追加】
加速度センサとジャイロセンサを使って、傾きを検出する方法を書きました。
https://sites.google.com/site/nekolabwiki/electronic/posturecontroll

以下、参考文献、またはサイト
http://www.geology.smu.edu/~dpa-www/robo/balance/inertial.pdf
https://sites.google.com/site/yamagajin/home/filter
http://www.slideshare.net/rogy01/6-32797657
Author: Time:
Label: , , ,

1 件のコメント:

記事の感想、意見などはこちらからどうぞ。

登録: コメントの投稿 (Atom)

人気の投稿

  • 加速度センサで角度検出してみるの巻
    【2014/10/12 記事更新】 前回の記事（ http://nekolab.blogspot.jp/2013/05/arduino.html ）で、加速度センサ（ADXL345）を動かしてみました。 今回は、センサから得た値の計算をして、センサの傾きを検出してみよ...
  • FETゲートドライバのIR2302を使ったモータドライバ
    秋月に売ってるIR2302ゲートドライバを使ったNchFETフルブリッジモータドライバです。 FETは、IR社の IRFB4410PBF （100V 96A 250W）を使っています。 IR2302 は、ハーフブリッジ用のゲートドライバです。 Nchの...
  • 電磁弁駆動回路メモ
    エアシリンダーなどを駆動するとき、欠かせないのが電磁弁。 ロボコンでも使っているのをよく見かけます。 僕もロボコンでエアシリンダを使うことになったので回路を設計したのですが、それについて書きます。自分用メモの意味合いが強いので、あしからず。 電磁弁は ...
  • FETモタドラ設計　その２　-ブートストラップコンデンサ編-
    どうも、Nekosanです。 モタドラ回路製作記事２回目です。 前記事ではドライバ回路の概要を記載したので、回路設計に入っていきます。 たくさんの数式が出てくるので、注意です。 言っても、四則演算ですが。 ドライバ回路の、ハーフブリッジを抜...
  • マイコンでブラシレスモータ用ESCを制御する
    忘れそうなので自分用メモ。 ラジコン飛行機などに使われる小型のブラシレスモータを動かす、ESC(アンプ)をマイコンで制御したかったので、やってみました。 用意したもの ・ブラシレスモータ A2208-KV1400 ブラシレスモーター http://www.rc-e...
  • 加速度センサーをArduino使って読み取ってみる
    部の顧問の先生から、こんなモジュールを頂きました。 加速度センサ（ADXL345）と方位センサ（ HMC5883L ）とジャイロセンサ（ ITG-3200 ）が一つの基板にまとめられたモジュールです。 ストロベリーリナックスで売られてました。 一個で一万円ぐらいし...
  • FETモタドラ設計　その３　-モータノイズ編（アンダーシュート）-
    どーも、Nekosanです。 今年の高専ロボコンのルール発表されましたね。結構前ですが。 今年はなかなか難しい課題な気がします、例年に比べて、ですが。 まあそれはいいのです。あんまりそのことをブログに書いちゃうとメンバーに怒られそうなのでこれぐらいで。 ロボ...
  • FETモタドラ設計　その１　-設計概要編-
    どうも、Nekosanです。 今まで何回かモータドライバについての記事を書いてましたが、回路設計メモを兼ねて、ブログ記事にしながら、設計をしようかと思います。 という訳で、第一号記事です。 まずは作ろうとしているモタドラの概要から。 概要 ブートスト...
  • RasPiで9軸センサーを動かす
    Raspberry PiでI2Cを使って9軸センサー（MPU9150）を動かしてみました。 今後も使う可能性あるので自分メモです。 RasPiでI2Cを使うのに参考にした （丸パクリしたともいう） サイトは次のサイトです。 http://www.instructables...
  • ロボコンで使うモータドライバのお話
    どーも、Nekosanです。 またもや学校が忙しかったり、部活が忙しかったり、資格の勉強が忙しかったり、眠かったり、鬱になってたりで間が空いてました。 まあ今後もこんな感じが続くかもです。 できるだけ続けて書くようにがんばります。 ここ最近、ロボコンで使うドライ...