小型精确和经济的陀螺仪导航没有GPS

密歇根大学(University of Michigan)开发的小型、廉价且高度精确的陀螺仪,可以帮助无人机和自动驾驶汽车在没有GPS信号的情况下保持在轨道上。

“我们的陀螺仪比一般手机上的陀螺仪精确一万倍,但却贵了十倍。这种陀螺仪比性能相似的大型陀螺仪便宜1000倍。

大多数智能手机都装有陀螺仪,可以检测屏幕的方向,并帮助判断我们面对的方向,但它们的准确性很差。这就是为什么手机在导航时经常错误地指示用户所面对的方向。

这对街上或方向盘后面的人来说并不重要,但无人驾驶汽车一旦失去GPS信号,可能很快就会迷路。在它们的备用导航系统中,自动驾驶汽车目前使用的高性能陀螺仪更大,也更贵。

“高性能陀螺仪是一个瓶颈,而且已经存在了很长时间。这种陀螺仪可以通过在大多数自动驾驶车辆上使用高精度和低成本的惯性导航来消除这一瓶颈,”电子工程和计算机科学助理研究员Jae Yoong Cho说。

更好的备用导航设备也可以帮助士兵在GPS信号被干扰的地区找到路。或者在一个更普通的场景中,精确的室内导航可以加快仓库机器人的速度。

能够在没有一致定向信号的情况下进行导航的装置称为惯性测量单元。它由三个加速度计和三个陀螺仪组成,每个陀螺仪代表空间中的一个轴。但是,想要了解你将如何使用现有的imu是非常昂贵的,以至于它已经超出了范围,即使是像自动驾驶汽车这样昂贵的设备。

使这个便宜的小型陀螺仪的关键是一个几乎对称的机械谐振器。它看起来像一个用葡萄酒杯搭成的平底锅,宽一厘米。与葡萄酒杯一样,当玻璃被敲击时产生的振铃音的持续时间取决于玻璃的质量——但这并不是一个美学特征,而是陀螺仪功能的关键。整个装置使用放置在玻璃谐振器周围的电极来推动和拉动玻璃,使其发出声响并保持运转。

“基本上,玻璃谐振器以某种模式振动。如果你突然旋转它,振动模式就会保持原来的方向。因此,通过监测振动模式,就有可能直接测量转速和角度,”帮助开发制造过程的电气和计算机工程博士生萨贾尔·辛格(Sajal Singh)说。

振动运动通过玻璃的方式揭示了陀螺仪在空间中旋转的时间、速度和幅度。

为了使它们的谐振器尽可能完美,纳杰菲的团队从一种近乎完美的纯玻璃开始,这种玻璃被称为熔合二氧化硅,厚度约为四分之一毫米。他们用喷灯加热玻璃,然后把它做成束状的形状——因为它也像一个倒放的水盆,所以被称为“水盆”谐振器。

然后,他们在玻璃外壳上添加一层金属涂层,并在其周围放置电极,用以启动和测量玻璃的振动。整件东西都被包裹在一个真空的包裹里,大约有一枚邮票那么大,半厘米高,可以防止空气迅速地减弱振动。


郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时候联系我们修改或删除,多谢