Visualizing Object’s Orientation In 3D Space

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli luoda järjestelmä, joka seuraa ja visualisoi kappaleen asentoa kolmiulotteisessa avaruudessa inertiamittausyksikön avulla. Työn taustalla on henkilökohtainen kiinnostus aihetta kohtaan ja vastaavanlaisen systeemin laajat käyttömahdollisuudet muun muassa navigointijärjestelmissä, ilmailussa, robotiikassa, autoteollisuudessa ja viihde-elektroniikassa.

Projektin pääpaino oli visualisointiohjelmiston, mikro-ohjaimen laiteohjelmiston ja sensorifuusioalgoritmin toteuttamisessa. Projektin aikana haasteiksi muodostuivat muun muassa meluisan datan käsittely sekä kolmiulotteisen asennon arvioinnin monimutkaisuudet, kuten gimbaalilukko. Projekti tarjosi syvällistä ymmärrystä kappaleen asennon arviointiin liittyvistä konsepteista, kuten antureista sekä anturifuusion menetelmistä. Lisäksi projekti antoi käytännön kokemusta ohjelmoinnista ja datan keruusta sekä käsittelystä.

Projektin tuloksena syntyi toimiva järjestelmä, joka onnistuneesti seuraa ja esittää kappaleen asentoa 3D-avaruudessa. Luotu järjestelmä on hyvä pohja jatkokehitykselle ja muille aiheeseen liittyville projekteille. Systeemiä voi edelleen parantaa lisäämällä siihen magnetometri sekä soveltamalla tehokkaampia fuusioalgoritmeja.

The purpose of this thesis was to create a system that tracks and visualizes an orientation of an object in three-dimensional space using an inertial measurement unit. The project was motivated by a personal interest in inertial measurement units and and their extensive use in fields such as navigation systems, aviation, robotics, automotive and consumer electronics.

The main focus of the project was on the implementation of the visualization software, microcontroller firmware and a sensor fusion algorithm. The challenges encountered during project included dealing with noisy data and the complexities of three-dimensional attitude estimation, such as gimbal lock. The project delved into sensor-related concepts such as sensor fusion, data collection and data analysis, while also offering a hands-on learning experience in programming.

As the result of the project, a functioning system was developed that successfully tracks and displays the orientation of an object in three-dimensional space. While there is still room for improvement, the created system is a solid foundation for further development and other projects related to the topic.