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小巧,價格適中,無需GPS即可導(dǎo)航的陀螺儀

發(fā)布日期:2020-04-01我要投稿我要評論
小巧,價格適中,無需GPS即可導(dǎo)航的陀螺儀
  
新的諧振器和電極,在手指上即可刻度。諧振器幾乎是完全對稱的,由近乎純凈的玻璃制成。這使其能夠長時間振動,類似于酒杯的振鈴

密歇根大學(xué)開發(fā)的一種小型,廉價且高度精確的陀螺儀可以幫助無人機和自動駕駛汽車在沒有GPS信號的情況下保持在正常軌道上。

UM的斯倫貝謝工程學(xué)教授,電氣工程和計算機科學(xué)教授KhalilNajafi說?!?ldquo;我們的陀螺儀比普通手機使用的陀螺儀精度高10,000倍,但價格卻僅貴10倍。這種陀螺儀的價格比性能相似的大型陀螺儀便宜1000倍,”  

大多數(shù)智能手機都包含陀螺儀,可以檢測屏幕的方向并幫助弄清楚我們所面對的方向,但是其準(zhǔn)確性很差。這就是為什么手機在導(dǎo)航過程中經(jīng)常錯誤地指示用戶朝向哪個方向的原因。

對于街道上或方向盤后的人來說,這無關(guān)緊要,但是無人駕駛汽車可能會由于GPS信號丟失而迅速丟失。目前,自動駕駛汽車在其備用導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)部使用了更大且價格更高的高性能陀螺儀。

電機工程和計算機科學(xué)助理研究員JaeYoongCho說: 高性能陀螺儀是一個瓶頸,而且已經(jīng)存在了很長時間。通過在大多數(shù)自動駕駛汽車中使用高精度和低成本的慣性導(dǎo)航,該陀螺儀可以消除這一瓶頸。”  

更好的備用導(dǎo)航設(shè)備還可以幫助士兵在GPS信號受阻的區(qū)域找到自己的出路?;蛘咴诟胀ǖ那闆r下,準(zhǔn)確的室內(nèi)導(dǎo)航可以加快倉庫機器人的速度。

小巧,價格適中,無需GPS即可導(dǎo)航的陀螺儀

能夠在沒有一致的定向信號的情況下進行導(dǎo)航的設(shè)備稱為慣性測量單元。它由三個加速度計和三個陀螺儀組成,空間中的每個軸一個。但是,如果要很好地了解使用現(xiàn)有IMU的方式是非常昂貴的,即使對于像自動駕駛汽車這樣昂貴的設(shè)備,它也超出了范圍。

制造這種價格合理的小型陀螺儀的關(guān)鍵是幾乎對稱的機械諧振器??雌饋硐袷前钐劐仯厦嬗芯票?,寬一厘米。與酒杯一樣,敲打玻璃時產(chǎn)生的鈴聲的持續(xù)時間取決于玻璃的質(zhì)量,但鈴聲不是陀螺儀的美學(xué)特征,而是對陀螺儀功能至關(guān)重要。完整的設(shè)備使用放置在玻璃諧振器周圍的電極來推動和拉動玻璃,使其振鈴并保持運轉(zhuǎn)。

“基本上,玻璃諧振器以某種模式振動。如果您突然旋轉(zhuǎn)它,則振動模式希望保持其原始方向。因此,通過監(jiān)控振動模式,可以直接測量轉(zhuǎn)速和角度,”

電氣和計算機工程博士學(xué)位的學(xué)生SajalSingh說,他幫助開發(fā)了制造過程。

振動運動通過玻璃的方式揭示了陀螺儀在空間中旋轉(zhuǎn)的時間,速度和旋轉(zhuǎn)速度。

打開真空包裝的新型陀螺儀,露出了內(nèi)部的諧振器。諧振器幾乎是完全對稱的,由近乎純凈的玻璃制成。這使其能夠長時間振動,類似于酒杯的振鈴

為了使它們的諧振器盡可能地完美,納杰菲的團隊首先從一塊近乎完美的純玻璃(稱為熔融石英)開始,厚度約為四分之一毫米。他們使用噴燈加熱玻璃,然后將其模制成類似邦特的形狀-被稱為“鳥盆”諧振器,因為它也類似于倒置的鳥盆。

然后,他們在外殼上添加金屬涂層,并在外殼周圍放置電極,以啟動和測量玻璃中的振動。整件東西都裝在一個真空包裝中,大約占郵票的足跡,高度為半厘米,可防止空氣迅速衰減振動。

該論文“來自5.2MQ和1厘米精密殼積分(PSI)陀螺儀的0.00016度/√hr角度隨機游走(ARW)和0.0014度/hr偏置不穩(wěn)定性(BI)”計劃在(3月25日,第7屆IEEE國際慣性傳感器與系統(tǒng)研討會。

該研究得到了國防高級研究計劃局的支持。

Cho和Najafi是基于UM許可的技術(shù)的初創(chuàng)公司EnertiaMicrosystems的聯(lián)合創(chuàng)始人。
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