Sensores inerciais MEMS possibilitam voo inteligente de UAVs de precisão

Tomando como exemplo o módulo IMU U4930, seu principal diferencial reside na calibração completa de temperatura e na compensação em nível de sistema realizadas antes da entrega. O processador interno do módulo não apenas coleta dados brutos de seis eixos em alta velocidade (até 2000 Hz), mas, mais importante, aplica uma matriz de parâmetros de compensação pré-calibrada em uma ampla faixa de temperatura (de -40 °C a +85 °C) para realizar a compensação digital em tempo real de dezenas de erros, como erro de polarização zero, não linearidade do fator de escala, erro de não ortogonalidade e sensibilidade à aceleração (sensibilidade g) do giroscópio para cada sensor. Isso permite que o módulo forneça diretamente dados de alta precisão de velocidade angular (°/s) e aceleração (m/s²) após a calibração de temperatura e a correção de erros. Os usuários não precisam mais realizar calibrações complexas em laboratório, o que simplifica bastante a integração do sistema e garante a consistência e a confiabilidade do desempenho em diferentes condições climáticas. A interface RS422 que oferece pode transmitir pacotes de dados estáveis ​​contendo velocidade angular, aceleração, temperatura interna e registros de tempo de alta precisão a uma frequência de até 200 Hz. Também pode transmitir sinais de pulso diferencial TOV rigorosamente sincronizados com a amostragem de dados, facilitando o alinhamento temporal preciso com sistemas externos, como o GPS, o que é crucial para a navegação integrada.

Em voos reais de drones, esses dados inerciais limpos dos módulos IMU são inseridos em tempo real no núcleo do controle de voo — algoritmos de cálculo de atitude e navegação (geralmente baseados em filtros de Kalman). O algoritmo integra de forma inteligente as informações de força específica medidas pelo acelerômetro (usado para determinar a direção da gravidade, ou seja, os ângulos de inclinação e rotação) com as informações de velocidade angular medidas pelo giroscópio (usado para integrar e obter as mudanças de atitude). Por meio dessa "fusão de sensores", o sistema consegue superar as respectivas limitações dos acelerômetros, que são suscetíveis à interferência de vibrações durante manobras dinâmicas, e a deriva da integração do giroscópio ao longo do tempo, fornecendo, assim, informações estáveis, precisas e sem erros em tempo real sobre atitude tridimensional (inclinação, rotação e guinada), velocidade angular e aceleração linear. Essas informações são a base do controle em circuito fechado no controle de voo: o controlador de voo compara o ponto de referência alvo ou as instruções do controle remoto com a atitude e posição atuais em tempo real, calcula os comandos de empuxo precisos de cada motor e conduz o drone para completar uma série de ações complexas, como pairar, subir, virar, desviar de obstáculos, etc.

Portanto, desde a percepção básica de grandezas físicas fornecida pelo acelerômetro ACM-1700 e pelo giroscópio MG-XXXX em nível de chip, até o fornecimento de dados integrado, calibrado e inteligente alcançado pelas unidades de medição inercial U503, U4930 e U16575 em nível de módulo, a tecnologia de sensores inerciais MEMS constitui uma pilha tecnológica completa, resolvendo gradualmente o problema da percepção de atitude de drones camada por camada. Esses sensores permitem que drones modernos não apenas 'voem', mas também 'voem de forma estável', 'voem com precisão' e 'voem de forma inteligente'. Com o aprimoramento dos níveis de direção autônoma e o aumento da complexidade das tarefas, os requisitos de desempenho dos sensores inerciais MEMS também aumentarão. As soluções MEMS de alto desempenho e altamente integradas, em constante evolução, são sem dúvida o suporte fundamental indispensável para que os futuros veículos aéreos não tripulados avancem rumo à autonomia completa, ao agrupamento e à inteligência.