เซ็นเซอร์วัดความเคลื่อนไหว (Inertial Measurement Unit - IMU)
ในโลกของหุ่นยนต์และโดรน การที่หุ่นยนต์จะรู้ว่าตัวเองกำลัง "เอียง" หรือ "หมุน" ไปทางไหนนั้น ต้องอาศัยการทำงานร่วมกันของเซนเซอร์หลายประเภทที่รวมกันเรียกว่า IMU
1. ส่วนประกอบหลักของ IMU
A. Accelerometer (เครื่องวัดความเร่ง)
- หน้าที่: วัดความเร่งเชิงเส้น (Linear Acceleration) และทิศทางของ "แรงโน้มถ่วง" (Gravity)
- ประโยชน์: ใช้บอกว่าหุ่นยนต์เอียง (Pitch/Roll) เท่าไหร่เมื่อเทียบกับพื้นโลก
- ข้อจำกัด: สัญญาณจะแกว่งมาก (Noisy) เมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่หรือมีการสั่นสะเทือน
B. Gyroscope (เครื่องวัดความเร็วเชิงมุม)
- หน้าที่: วัดความเร็วในการหมุน (Angular Velocity) รอบแกน X, Y, Z
- ประโยชน์: ใช้รักษาสมดุลและรู้ทิศทางการหมุนที่รวดเร็ว
- ข้อจำกัด: มีค่าความคลาดเคลื่อนสะสม (Drift) เมื่อเวลาผ่านไป ทิศทางจะค่อยๆ เพี้ยน
C. Magnetometer (เข็มทิศอิเล็กทรอนิกส์)
- หน้าที่: วัดความเข้มสนามแม่เหล็กโลก
- ประโยชน์: ใช้บอกทิศทาง "เหนือ" (Yaw/Heading) เพื่อป้องกันไม่ให้ทิศหัวหุ่นยนต์หลงทิศ
2. การรวมสัญญาณ (Sensor Fusion)
เนื่องจากเซนเซอร์แต่ละตัวมีข้อดีข้อเสียต่างกัน เราจึงต้องนำข้อมูลมาคำนวณร่วมกันเพื่อให้ได้ค่าที่แม่นยำที่สุด (เรียกว่า Sensor Fusion)
- Complementary Filter: วิธีที่ง่ายและนิยมที่สุด คือการนำค่าที่นิ่งจาก Accelerometer มา "ลบ" ค่าที่ไหลจาก Gyroscope
- Kalman Filter: อัลกอริทึมขั้นสูงที่ใช้การพยากรณ์ทางสถิติเพื่อให้ได้ค่าที่นิ่งและแม่นยำที่สุด (นิยมใช้ใน Pixhawk และระบบ Autopilot)
3. หน่วยวัดที่สำคัญ
- ความเร่ง: วัดเป็น \(g\) (1g = ความเร่งจากแรงโน้มถ่วงโลก)
- การหมุน: วัดเป็น องศาต่อวินาที (deg/s)
- มุม: วัดเป็น Pitch (เงย/ก้ม), Roll (เอียงซ้าย/ขวา), Yaw (หันซ้าย/ขวา)