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ジャイロスコープ & 加速度センサーモジュール (MPU6050)

MPU-6050は、3軸ジャイロスコープと3軸加速度計を組み合わせた6軸の動き追跡デバイスです。動き、加速度、回転の変化を検出することができます。ロボティクス、ゲームコントローラー、その他のモーション検出を必要とする電子機器で一般的に使用されています。その高い精度と低コストから、DIYコミュニティで非常に人気があります。
原理
MPU-6050センサーモジュールは、3軸加速度計と3軸ジャイロスコープで構成されています。
その三つの座標系は以下のように定義されます:
MPU6050をテーブルに平置きし、ラベルが上向きで、この面の左上隅にドットがあることを確認します。次に、上向きの方向がチップのZ軸です。左から右の方向がX軸と見なされます。同様に、後ろから前の方向がY軸と定義されます。

3軸加速度計
加速度計は、圧電効果の原理に基づいて動作します。これは、特定の材料が機械的応力に応じて電荷を生成する能力です。
ここで、上の図のように、小さな球が内部にある直方体の箱を想像してください。この箱の壁は圧電結晶でできています。箱を傾けると、重力によって球が傾斜方向に移動します。球が衝突する壁は、小さな圧電電流を生成します。直方体には全部で三対の対向する壁があります。各対は、3D空間の軸(X軸、Y軸、Z軸)に対応します。圧電壁から生成される電流に応じて、傾斜の方向とその大きさを判断できます。

MPU6050を使用して、各座標軸の加速度を検出できます(静止状態のデスクトップでは、Z軸の加速度は1重力単位で、X軸とY軸は0です)。傾斜または無重量/過重状態では、対応する読み取り値が変化します。
選択可能な測定範囲は4種類あり、プログラムで選択できます:±2g、±4g、±8g、および±16g(デフォルトは2g)で、各精度に対応します。値は-32768から32767の範囲です。
加速度計の読み取り値は、読み取り範囲から測定範囲へのマッピングによって加速度値に変換されます。
加速度 = (加速度計軸の生データ / 65536 * フルスケール加速度範囲) g
例えば、X軸の場合、加速度計X軸の生データが16384で、範囲が±2gの場合:
X軸の加速度 = (16384 / 65536 * 4) g = 1g
3軸ジャイロスコープ
ジャイロスコープはコリオリ加速度の原理に基づいて動作します。常に前後に動いているフォークのような構造を想像してください。これは圧電結晶で固定されています。この構造を傾けようとすると、傾斜方向に力が加わります。これは動いているフォークの慣性の結果です。圧電結晶は圧電効果により電流を生成し、この電流は増幅されます。

ジャイロスコープにも四種類の測定範囲があります:±250、±500、±1000、±2000。計算方法と加速度は基本的に一貫しています。
読み取り値を角速度に変換する式は以下の通りです:
角速度 = (ジャイロスコープ軸の生データ / 65536 * フルスケールジャイロスコープ範囲) °/s
例えば、X軸の場合、加速度計X軸の生データが16384で、範囲が±250°/sの場合:
X軸の角速度 = (16384 / 65536 * 500)°/s = 125°/s
例
レッスン05: ジャイロスコープ & 加速度計モジュール (MPU6050) (Arduino UNO)
レッスン05: ジャイロスコープ&加速度計モジュール (MPU6050) (Raspberry Pi Pico)
レッスン05: ジャイロスコープ&加速度計モジュール (MPU6050) (Raspberry Pi Pi)