Tutorial básico do IMU

Objetivos

• Compreender como ligar e utilizar as IMUs usando o Dongle conectado ao seu computador.
• Entender o funcionamento geral do código e como mudá-lo para atender suas necessidades.

Requisitos de Hardware

• Um computador com portas USB
• 3-Space Kit (com o Dongle e IMUs) da Yostlabs

Requisitos de software

• Python 3.6 ou superior.
• Sistemas operacionais: Windows ou Linux

Instalação e configuração

Recomenda-se o uso de um ambiente virtual (venv) para evitar erros de compatibilidade entre bibliotecas pré-instaladas.

1. Clonar o repositório

Clone o repositório dentro da pasta desejada: git clone <url>

2. Criar e ativar ambiente virtual

Entre na pasta do repositório:

cd imu_yostlab_basics

Crie o ambiente virtual venv:

python3 -m venv .venv

E ative com o comando:

source .venv/bin/activate # Linux ou 
.venv\Scripts\activate.bat # Windows

3. Instalar pacotes

Ainda dentro da pasta, instale os pacotes usando os seguintes comandos:

pip install matplotlib
pip install mediapipe 
pip install PyQt5
pip install pyserial
pip install pyqtgraph
pip install pyquaternion
pip install scipy

Quick Start

1. Conectando os Dongles e IMUs

Conecte o Dongle em uma porta USB. Verifique se o IMU está carregado e ligue-o segurando o botão até o LED brilhar. Para carregar, deixe o sensor conectado a porta USB do computador.

2. Abra o código imu_basic

3. Altere o ID da IMU

ID é o número de identificação do sensor IMU. Este número estará etiquetado na própria IMU ou pode ser conferido através do aplicativo 3-Space Suit. Para isso baixe-o no site da Yostlabs (https://yostlabs.com/yost-labs-3-space-sensor-software-suite/), conecte o Dongle, selecione no campo de ID das IMUs cada número, até que o modelo do aplicativo responda a movimentação da sua IMU.

Para alterar o ID no código, altere a lista imus no início do código com o ID do IMU que você irá utilizar. Exemplo: imus = [9]

4. Altere as configurações da IMU

Na função configure_imu altere os parâmetros conforme a sua necessidade:

• disableCompass: desabilita o magnetômetro;
• disableGyro: desabilita o giroscópio;
• disableAccelerometer: desabilita o acelerômetro;
• gyroAutoCalib: calibra o giroscópio automaticamente. Caso este parâmetro esteja ativado, ao iniciar o código, deixe o sensor completamente parado;
• tareSensor: tara orientação do sensor usando o quaternion atual dele. Caso este parâmetro esteja ativado, ao iniciar o código, deixe o sensor virado para cima e na sua direção em uma superfície reta;
• tareWithQuaternion: caso a função tareSensor não esteja ativada, pode utilizar um quaternion desejado para tarar a orientação do sensor. A entrada é um dicionário, cuja chave é ‘imu’+’id’ (exemplo, ‘imu8’) e valor é uma lista com os valores das coordenadas do quaternion;
• filterMode: 0 - Sem filtro de orientação; 1 - Filtro de Kalman; 2 - Filtro Q-COMP; 3 - Filtro Q-GRAD. Para mais informações sobre os modos de filtro, confira a página 42 do User’s Manual. Por padrão, o valor configurado é 1;
• logical_ids: insira uma lista com os IDs das IMUs utilizadas. Conforme o passo 3, basta inserir a variável imu_ids;
• streaming_commands: de forma simplificada, recebe uma lista de 8 números inteiros de 0 a 255. Estes números servem para que a IMU possa enviar um tipo determinado de informação. Cada diferente número equivale a um tipo de informação e isso pode ser conferido na página 44 do User’s Manual.
• baudrate: baudrate, taxa de transmissão, é a velocidade da comunicação entre o computador e o Dongle/Sensor, medida em bits por segundo (bps). Por padrão, o valor está configurado como 115200, tal qual recomenda o manual.
• show_quaternion: Ao iniciar o streaming de dados, envia quaternions do IMU;
• show_euler_angle: Ao iniciar o streaming de dados, envia ângulos de euler do IMU;
• show_rotation_matrix: Ao iniciar o streaming de dados, envia matriz de rotação do IMU;
• show_accel: Ao iniciar o streaming de dados, envia as informações do acelerômetro do IMU;
• show_gyro: Ao iniciar o streaming de dados, envia as informações do giroscópio do IMU;
• show_button: Ao iniciar o streaming de dados, envia as informações do botão do IMU;
• show_compass: Ao iniciar o streaming de dados, envia as informações do magnetômetro do IMU;

Por padrão, a função só possui os parâmetros disableCompass, gyroAutoCalib, show_quaternion, show_euler_angle configurados como True por padrão. Além disso, a função retorna uma lista com os códigos e posições dos tipos de informação solicitados para o streaming, que será necessário para extrair as informações daquele IMU com a função extract_data.

5. Altere os parâmetros do streaming

• duration: duração do streaming. Por padrão, está configurado como tempo indefinido.
• delay: tempo de atraso em —segundos para começar o streaming
• frequency: frequência a qual o streaming enviará as informações, podendo configurar no máximo, uma frequência de 1000 Hz ou, caso opte por deixar a configuração padrão (0), o quão rápido for possível fazer o envio.
• Obs: a frequência máxima depende do filterMode configurado:
  • Sem filtro de orientação (0): até 1350 Hz
  • Filtro de Kalman (1): Até 250 Hz
  • Q-COMP e Q-GRAD (2 e 3): até 850 Hz

6. Receber e extrair os dados da IMU.

Antes de começar a ler os dados, o código utiliza a função serial_port.reset_input_buffer(), para limpar o buffer.

A função read_data recebe as informações enviadas pelo IMU. Já a função extract_data é utilizada para extrair informações de acelerômetro, quaternion, ângulo de euler e etc. Além disso, também inicializa-se a variável, que será usada para armazenar a informação, como None para verificar se a extração para o IMU requisitado no parâmetro da função foi bem sucedida. Então você salva o valor em outra variável e a atribui novamente para None, como no exemplo abaixo:

current_accel = None 
   while True:
       try:
       data = imu_yostlabs_lara.read_data(serial_port)


       if data is not None:
           accel \= imu\_yostlabs\_lara.extract\_data(data, type\_of\_data \= 39, imu\_id \= imus, streaming\_slots=streaming\_slots1)


           if accel is not None:
               current_accel = accel


       if (current_accel is not None):
           current_accel = None

No parâmetro type_of_data, selecione qual tipo de informação você quer extrair, conforme a lista abaixo: \  0(0x00) - Quaternion
 1(0x01) - Ângulo de Euler
 2(0x02) - Matriz de rotação
 38(0x26) - Giroscópio
 39(0x27) - Acelerômetro
 40(0x28) - Magnetômetro
 250(0xfa) - Estado do botão
Lembre-se de que você deve ter configurado no passo 4 para mostrar o tipo de informação desejada, caso contrário, não será possível realizar a extração.

7. Execute o código (e faça a calibração)

Antes de executar o código, caso esteja no Linux, rode o seguinte comando para conceder permissão a porta USB:

	sudo chmod 666 /dev/ttyACM0

Quando o código estiver em execução, antes de apertar Enter para iniciar a configuração, deixe o IMU virado para cima e em sua direção em uma superfície plana e reta para que ele faça a calibração e a tara corretamente.

Documentação