MPU6050のDMPで姿勢を取得する

yutanpoyutanpo1227

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前回行ったMPU6886でのYaw角推定ではどうしてもドリフトが起こってしまい綺麗に値を取ることができず、調べているとMPU6050のDMPを使うと簡単に姿勢を取得できるということがわかったので、その方法をまとめておきます。
DMP(Digital Motion Processor)とはモーションセンサMPUシリーズに内蔵された自身の姿勢角を算出する機能です。

目次


準備

  • M5Stack Basic(Arduino系であれば可)
  • GY-521(MPU6050)
  • macOS(書き込みはPlatformIO)

接続

M5Stack GY-521
3.3V VCC
GND GND
SDA SDA
SCL SCL

ライブラリのインストール

PlatformIOの場合は、platformio.iniに以下を追加する。

lib_deps = electroniccats/MPU6050@^0.6.0


センサーのキャリブレーションプログラムの実行

ライブラリにあるIMU_Zeroというサンプルスケッチを実行し、出力された値を記録しておく。

プログラムの実行

サンプルスケッチのMPU6050_DMP6をM5Stack用に書き換えた。
描画の際は画面がちらつくと見づらいのでLovyanGFXを使って描画している。

main.cpp
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#define LGFX_AUTODETECT
#define LGFX_USE_V1

#include <M5Stack.h>
#include "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h"
#include <LovyanGFX.hpp>
#include <LGFX_AUTODETECT.hpp>
MPU6050 mpu;

static LGFX lcd;
static LGFX_Sprite canvas(&lcd);

// MPU control/status vars
uint8_t mpuIntStatus;   // holds actual interrupt status byte from MPU
uint8_t devStatus;      // return status after each device operation (0 = success, !0 = error)
uint16_t packetSize;    // expected DMP packet size (default is 42 bytes)
uint8_t fifoBuffer[64]; // FIFO storage buffer

float GYdegree = 0.0F;
int yaw = 0;

// orientation/motion vars
Quaternion q;           // [w, x, y, z]         quaternion container
VectorFloat gravity;    // [x, y, z]            gravity vector
float ypr[3];           // [roll, pitch, yaw]   roll/pitch/yaw container and gravity vector

void setupMPU() {
  Wire.begin();
  Wire.setClock(400000); // 400kHz I2C clock. Comment this line if having compilation difficulties
  mpu.initialize();
  devStatus = mpu.dmpInitialize();

  // supply your own gyro offsets here, scaled for min sensitivity
  mpu.setXAccelOffset(-2634);
  mpu.setYAccelOffset(-38);
  mpu.setZAccelOffset(472);
  mpu.setXGyroOffset(203);
  mpu.setYGyroOffset(54);
  mpu.setZGyroOffset(28);

  // make sure it worked (returns 0 if so)
  if (devStatus == 0) {
    // Calibration Time: generate offsets and calibrate our MPU6050
    mpu.CalibrateAccel(6);
    mpu.CalibrateGyro(6);
    mpu.setDMPEnabled(true);
    packetSize = mpu.dmpGetFIFOPacketSize();
  } else {
    Serial.print("DMP Initialization failed.");
  }
}

void getYawPitchRoll() {
  if (mpu.dmpGetCurrentFIFOPacket(fifoBuffer)) { // Get the Latest packet
    mpu.dmpGetQuaternion(&q, fifoBuffer);
    mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q);
    mpu.dmpGetYawPitchRoll(ypr, &q, &gravity);
    Serial.println(int(ypr[0] * 180 / M_PI));
  }
}

int GetGyro()   //yaw角のみ角度の取得
{
    getYawPitchRoll();
    yaw = int(ypr[0] * 180 / M_PI);
    return (int)yaw;
}

void DrawGyro()
{
  int gyro = GetGyro();
  M5.Lcd.clear();
  while (true)    //LGFXを用いて円上に現在の角度の点を表示
  { 
    M5.update();
    canvas.fillScreen(BLACK);
    gyro = GetGyro();
    GYdegree = (gyro-90) / (180 / PI);
    canvas.drawCircle(160, 120, 80, WHITE);
    canvas.fillCircle(160 + 80 * cos(GYdegree), 120 + 80 * sin(GYdegree), 10, GREEN);
    canvas.setCursor(160, 0);
    canvas.printf("%4d", gyro);
    canvas.pushSprite(0,0);
  }
}

void setup() {
  M5.begin();
  M5.Power.begin();
  Serial.begin(115200);
  M5.Lcd.fillScreen(BLACK); M5.Lcd.setTextColor(WHITE , BLACK); M5.Lcd.setTextSize(2);  //M5StackのLCDの設定
  lcd.init(); lcd.setRotation(1); canvas.setColorDepth(8); canvas.setTextWrap(false); canvas.setTextSize(2); canvas.createSprite(lcd.width(), lcd.height());   //LGFXの初期設定
  setupMPU();
}

void loop() {
  DrawGyro();
}


34行目~39行目のmpu.setXAccelOffset(-2634);等の値は、IMU_Zeroで出力された値を入力する。

動作

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しっかり動いてくれています。ドリフトに関しても1時間放置して+-1度程度だったので許容範囲内だと思います。
センサーを激しく振り回しても、角度がずれることはありませんでした。