6axis_9axis_imu_ros

9軸IMU ICM-20948をロボットに組み込もう

はじめに

TDK Invensense製9軸IMUのICM20948は、TDK MPU-9250の後継機種で、MPU-9250のVDDは2.4V~3.6V、VDDIOは1.71V~VDDに対して、ICM-20948のVDDは1.71V~3.6V、VDDIOは1.71V~1.95Vに低めに設定して、省電力となった。また、デジタルモーションプロセッサDMP(ICM20948内蔵FPGA)によるデータフュージョン(FPGAによるFusion)の特長が継承して、MPU-9250 DMPの増強版となったと、詳細まで公開されていないが以下参考文献を読むと分かる。

環境

・Ubuntu 18.04
・ROS Melodic
・MCU: Cortex M0+
・IMU: ICM-20948

DMP3の出力確認

以下のように、出力レート50Hz、加速度Ax Ay Az、角速度Gx Gy Gz、磁場Mx My Mz、4元数Qw Qx Qy Qzの順に出力させる。

imu-icm20948-output
imu-icm20948-output

4時間+にわたる連続動作して出力を確かめる。完全静止状態でもないので、ドリフトは納得いく範囲内にとどまっている。rvizで確かめてもドリフトが肉眼では見えないほど。

imu-icm20948-output-4hours
imu-icm20948-output-4hours

出力確認動画は以下イメージをクリックすると、youtubeへジャンプする。

icm20948_imu_ros
icm20948_imu_ros

最後に

MPUシリーズと比べて、ユーザの事前校正いらず、長時間(実験は4時間程度まで)においても、ドリフトとくにヨウ角(Yaw、方向角)のドリフトは目立たないほどとなった。また、1.71Vの低電圧でも動作可能なのでスマートデバイスや、ロボットの長時間電池駆動が可能になる。なお、出力レートはMax 225Hzと確認できた。Icm-20948 DMP3(IMU内蔵FPGA)から出力した、Accel/Gyro/Mag計9軸データ出力にQuaternionの4元数データがそのまま利用可能で、遅延もソフト・カルマンフィルタなどより少なく他社IMUより優れる(低遅延、6軸/9軸フュージョンデータ出力レート225Hz)ため、ロボットの精度向上に利用可能。1.8V VDDIO対応、DMP3の出力に手間かかった末、磁気単体出力は75Hzまでは少し残念だが、総じて優秀としか思わないこのICM-20948をロボット装置に組み込もうと決めた。

製品化について

ICM-20948とSTM32を組み込んだ回路を設計して、ROSに対応したロボット専用センサモジュールとして商品化して、2021年1月~、リリースと予定している。主な仕様は以下のとおり。
・構成 CortexM0+ & TDK Invensense ICM-20948(9軸)実装
・接続 USB Type-Cコネクタ実装
・出力 6軸/9軸融合4元数はFPGA on chipから低遅延で出力、別途ソフトでフュージョン必要なし、出力レート225Hz、同時に加速度(アクセル)3軸データ225Hz、角速度(ジャイロ)3軸データ225Hz、地磁気(コンパス)3軸データ75Hzまで出力可能
・ROSパッケージ、Githubへ公開、ROS Kinetic以降対応、ROS TopicへSubscribeすることでデータが受け取り可能
・rviz実演、実演ビデオ、取説あり

【2021年3月いま現在】1回目制作分(評価版)、大学など研究機関へ無料配布中(アンケート調査あり)、WEBでの募集を含めて順次終了。

【2021年4~5月予定】2回目制作分(商用版)、販売の予定。

製品化情報 9軸IMU 6軸/9軸フュージョン ICM-20948 Cortex-M0+内蔵 ROS対応

参考文献

Migrating from MPU-9250 to ICM-20948-InvenSense

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