Im Zuge der kontinuierlichen Entwicklung intelligenter tragbarer Geräte wird die 6 DOF IMU-Sensor ist mit seiner hervorragenden Leistung und breiten Anwendbarkeit zur treibenden Kraft für die Entwicklung in diesem Bereich geworden und bringt den Nutzern eine noch nie dagewesene Verbesserung der Erfahrung und Funktionserweiterung.
Analyse des Funktionsprinzips des 6 DOF IMU-Sensors
Der 6-DOF-IMU-Sensor besteht aus drei einachsigen Beschleunigungsmessern und drei einachsigen Gyroskopen, die eng zusammenarbeiten.
Der Funktionsmechanismus des Beschleunigungsmessers funktioniert nach dem zweiten Newtonschen Gesetz. Wenn sich ein Objekt bewegt, erzeugt der Massenblock im Inneren des Beschleunigungsmessers eine Kraft, die auf die Beschleunigung zurückzuführen ist. Durch die Erfassung der auf den Massenblock ausgeübten Kraft auf den drei unabhängigen Achsen des Trägerkoordinatensystems wird diese in ein entsprechendes Beschleunigungssignal umgewandelt. Diese Beschleunigungssignale können integriert werden, um die Geschwindigkeitsänderung des Objekts zu erhalten, und die Positionsinformation des Objekts kann durch erneute Integration ermittelt werden. Wenn der Träger des intelligenten tragbaren Geräts beispielsweise zu laufen beginnt, kann der Beschleunigungsmesser die Beschleunigungsänderungen des Körpers in den Richtungen vorne, hinten, links, rechts sowie oben und unten genau erfassen und so eine Grundlage für die anschließende Berechnung der Bewegungsdaten liefern.
Funktionsprinzip des Gyroskops: Das Gyroskop funktioniert nach dem Prinzip der Drehimpulserhaltung. Wenn sich der Träger dreht, behält das rotierende Element im Gyroskop seinen Drehimpuls bei. Durch die Erfassung der Änderung dieses Drehimpulses kann das Drehgeschwindigkeitssignal des Trägers relativ zum Navigationskoordinatensystem gemessen werden. Nach dem Integrationsvorgang kann die Lageinformation des Trägers, wie z. B. Drehwinkel, Richtung usw., ermittelt werden. Wenn der Benutzer beispielsweise seinen Kopf dreht, kann das Gyroskop schnell die Winkelgeschwindigkeit des Kopfes erfassen und so genaue Daten für Vorgänge wie die Einstellung der Anzeigerichtung liefern.
Die beiden ergänzen sich gegenseitig. Der Beschleunigungsmesser ist für die Messung der linearen Beschleunigung zuständig und das Gyroskop für die Messung der Winkelgeschwindigkeit, so dass der 6-DOF-IMU-Sensor den Bewegungszustand von Objekten im dreidimensionalen Raum rundum und genau messen kann und genaue Wahrnehmungsdaten für intelligente tragbare Geräte liefert.
Mehrere Anwendungen in intelligenten, tragbaren Geräten
Tiefe Einblicke in die Bewegungsüberwachung und -analyse
- Genaue Aufzeichnung von Bewegungsdaten: In Smartwatches, Sportarmbändern und anderen Geräten ist der 6-DOF IMU-Sensor ein "Experte" für die Aufzeichnung von Bewegungsdaten. Beim Laufen kann er die Schrittfrequenz genau aufzeichnen, das Zeitintervall jedes Schritts berechnen, indem er die Änderungen der Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit zwischen benachbarten Schritten analysiert, und dann eine genaue Schrittfrequenz erhalten. Gleichzeitig kann anhand der Informationen über die Verschiebung und Beschleunigung des Körpers während des Trainings auch die Schrittlänge genau gemessen werden. Beim Radfahren können IMU-Sensoren den Neigungswinkel, die Drehgeschwindigkeit usw. des Fahrrads überwachen und dem Fahrer Informationen über die Fahrhaltung und die Route liefern.
- Bewertung und Korrektur der Sporthaltung: Mit Hilfe von IMU-Sensoren zur Überwachung der Sporthaltung in Echtzeit können intelligente tragbare Geräte den Benutzern eine Bewertung der Sporthaltung ermöglichen. Beim Schwimmen zum Beispiel kann der Sensor den Winkel, die Stärke und die Häufigkeit der Arm- und Beinschläge analysieren, um festzustellen, ob die Schwimmhaltung des Benutzers normal ist. Wenn festgestellt wird, dass der Armschlagwinkel beim Freistilschwimmen zu groß ist oder der Beinschlag beim Brustschwimmen nicht standardisiert ist, gibt das Gerät rechtzeitig eine Erinnerung aus, um dem Benutzer zu helfen, die Trainingshaltung zu korrigieren, den Trainingseffekt zu verbessern und das Verletzungsrisiko zu verringern.
- Festlegung von Sportzielen und Leistungsanalyse: Auf der Grundlage der von den IMU-Sensoren gesammelten großen Menge an Trainingsdaten können intelligente tragbare Geräte personalisierte Trainingspläne für Benutzer auf der Grundlage ihrer sportlichen Fähigkeiten und Ziele entwickeln. So wird zum Beispiel für Laufbegeisterte, die ihre Ausdauer verbessern wollen, ein Plan zur schrittweisen Steigerung der Trainingsintensität und -distanz erstellt und durch die Echtzeitüberwachung der Trainingsdaten ein Feedback zum Trainingsfortschritt des Nutzers gegeben, um ihn zu motivieren, seine Trainingsziele zu erreichen.
Innovative Erfahrungen mit der Erkennung von Körperhaltungen und Interaktion
- Natürliche Interaktion von Smart Glasses: Bei der Anwendung von Smart Glasses macht der 6-DOF IMU-Sensor die Interaktion zwischen Benutzern und Geräten natürlicher und reibungsloser. Wenn Benutzer eine Smart Glasses tragen, um Karten anzuzeigen, wird die Drehung ihres Kopfes vom IMU-Sensor genau erfasst. Das Gerät passt die Anzeigerichtung der Karte anhand der vom Sensor übermittelten Haltungsinformationen automatisch an, damit die Richtung der Karte mit der Blickrichtung des Benutzers übereinstimmt. Beim Surfen im Internet oder beim Betrachten von Dokumenten können die Benutzer durch einfache Aktionen wie Nicken oder Kopfschütteln umblättern, ohne den Bildschirm manuell zu berühren, was eine komfortablere Benutzererfahrung ermöglicht.
- Verbesserte immersive Erfahrung von AR/VR-Headsets: Im Bereich AR/VR sind IMU-Sensoren der Schlüssel zur Schaffung eines immersiven Erlebnisses. Wenn Benutzer AR/VR-Headsets tragen, wird jede feine Bewegung ihres Kopfes schnell vom IMU-Sensor erfasst und in elektrische Signale umgewandelt. Wenn der Benutzer seinen Kopf in einer virtuellen Umgebung dreht, überträgt der Sensor den Drehwinkel und die Richtungsinformationen des Kopfes in Echtzeit an das Gerät, so dass die virtuelle Szene mit extrem hoher Geschwindigkeit aktualisiert werden kann und der Benutzer das Gefühl hat, sich wirklich in der virtuellen Welt zu befinden.
Schutz der Intimsphäre mit Hilfe der Gesundheitsüberwachung
- Überwachung des täglichen Aktivitätsstatus: Der 6-DOF-IMU-Sensor kann den täglichen Aktivitätsstatus des Benutzers genau erkennen. Durch die Analyse der sich ändernden Eigenschaften von Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit kann das Gerät genau bestimmen, ob der Benutzer steht, sitzt, geht oder läuft. Darüber hinaus wird auf der Grundlage der Dauer und der Aktivitätsintensität des Benutzers in verschiedenen Zuständen das tägliche Trainingsvolumen des Benutzers ausgewertet, und dem Benutzer wird ein umfassender Aktivitätsbericht zur Verfügung gestellt, der ihm hilft zu verstehen, ob sein Lebensstil gesund ist.
- Bewertung der Schlafqualität: Bei der Schlafüberwachung spielen die IMU-Sensoren eine wichtige Rolle. Während der Nutzer schläft, überwacht der Sensor Informationen wie die Mikrobewegungen des Körpers und die Häufigkeit des Umdrehens. Befindet sich der Benutzer in einem leichten Schlafzustand, sind die Bewegungen des Körpers relativ stärker und die Häufigkeit des Umdrehens ist höher, während im Tiefschlafzustand die Bewegungen des Körpers deutlich reduziert sind. Durch die Analyse dieser Daten können intelligente tragbare Geräte das Schlafstadium des Benutzers genau bestimmen und dem Benutzer detaillierte Berichte über die Schlafqualität liefern, einschließlich der Leichtschlafzeit, der Tiefschlafzeit, der Anzahl des Aufwachens usw., damit der Benutzer seine Schlafbedingungen besser verstehen und seine Schlafgewohnheiten anpassen kann.
- Sturzerkennung und Notfallrettung: Bei älteren Menschen oder Menschen mit eingeschränkter Mobilität kann der IMU-Sensor in intelligenten tragbaren Geräten den Bewegungsstatus und die Haltungsänderungen in Echtzeit überwachen. Wenn er feststellt, dass der Benutzer stürzen könnte, überträgt der Sensor schnell die relevanten Daten an den Verarbeitungschip des Geräts. Nach einer Algorithmusanalyse und -bestätigung löst das Gerät automatisch einen Alarm aus und sendet eine Notfallnachricht sowie die Standortinformationen des Benutzers an den voreingestellten Notfallkontakt, um Zeit für eine rechtzeitige Rettung zu gewinnen.
Präzise Führung mit verbesserter Navigation und Positionierung
- Unterstützung bei der Positionsbestimmung in Innenräumen: In Innenräumen sind die GPS-Signale oft begrenzt und die Positionierungsgenauigkeit ist gering. Zu diesem Zeitpunkt kann der 6-DOF-IMU-Sensor mit anderen Indoor-Positionierungstechnologien (wie Bluetooth-Positionierung, Wi-Fi-Positionierung usw.) kombiniert werden, um eine genauere Indoor-Positionierung zu erreichen. Der IMU-Sensor überwacht die Schritte des Benutzers, die Schrittlänge und Richtungsänderungen in Echtzeit, berechnet die ungefähre Position des Benutzers und seine Bewegungsbahn in Innenräumen und bietet Navigationsdienste für Benutzer in großen Innenräumen wie Einkaufszentren, Krankenhäusern und Flughäfen, damit die Benutzer ihr Ziel schnell finden.
- Optimierung der Navigation bei Outdoor-Sportarten: Bei Outdoor-Sportarten kann der IMU-Sensor die Bewegungsrichtung des Benutzers und Änderungen der Körperhaltung in Echtzeit erkennen und so genauere Informationen für das Navigationssystem liefern. Beim Wandern oder Klettern in bergigen Gebieten oder an Orten mit schwachen Signalen können IMU-Sensoren die GPS-Positionierung unterstützen und die Genauigkeit und Stabilität der Positionierung verbessern. Selbst wenn das GPS-Signal vorübergehend unterbrochen wird, kann der IMU-Sensor dem Benutzer weiterhin ungefähre Positions- und Richtungsangaben auf der Grundlage der zuvor erfassten Positions- und Bewegungsdaten liefern, um sicherzustellen, dass der Benutzer nicht verloren geht.
Ausblick auf zukünftige Entwicklungstrends
- Kontinuierliche Durchbrüche bei der technischen Leistung: Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wird sich die Genauigkeit der 6-DOF-IMU-Sensoren weiter verbessern, und sie werden in der Lage sein, winzige Änderungen der Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit genauer zu messen, was eine genauere Datenunterstützung für intelligente tragbare Geräte ermöglicht. Gleichzeitig wird die Größe des Sensors weiter reduziert und der Stromverbrauch gesenkt, so dass intelligente Wearable-Geräte fortschrittlichere Sensortechnologie integrieren können, ohne das Volumen und Gewicht zu erhöhen, wodurch die Gesamtleistung und das Benutzererlebnis des Geräts verbessert werden.
- Tiefe Integration mit anderen Technologien: In Zukunft werden 6-DOF-IMU-Sensoren eng mit Technologien wie künstlicher Intelligenz, Big Data und 5G verbunden sein. Durch die Analyse und das Lernen der großen Datenmengen, die von IMU-Sensoren mithilfe von Algorithmen der künstlichen Intelligenz gesammelt werden, werden intelligente tragbare Geräte in der Lage sein, die Verhaltensgewohnheiten, den Gesundheitszustand und die Bedürfnisse der Benutzer intelligenter zu verstehen und den Benutzern personalisierte und intelligente Dienste anzubieten.
Der 6 DOF IMU-Sensor hat sich aufgrund seiner vielseitigen Einsatzmöglichkeiten und seiner hervorragenden Leistung zu einer unverzichtbaren Schlüsseltechnologie im Bereich der intelligenten tragbaren Geräte entwickelt. Die kontinuierliche Innovation und Entwicklung der Technologie wird mehr Möglichkeiten für intelligente Wearable-Geräte bieten, das Leben der Menschen bequemer, intelligenter und gesünder machen und die intelligente Wearable-Technologie auf ein neues Niveau heben.
