What is gyroscope in iphone

What’s A Gyroscope And Accelerometer Doing In My Mobile Device?

We’ll show you another facet of how it does it’s miracles

The gyroscope is an extremely sophisticated little mechanism, that has found many diverse applications thanks to its ability to provide simplified, accurate measurements of orientation.

A gyroscope is responsible for maintaining balance/orientation and resists change by rectifying any angular displacement, thereby providing stability-control.

Complicated? Well, simply put, it measures angle and judges it’s own orientation so accurately, that it is used to trigger corrections in such angle. Think of it as the Complex Physics version of a magnetic compass.

The gyroscope gained prominence during experiments by a French physicist Leon Foucault, who used it to explain the earth’s rotation. In present day, it is being used for many critical applications such as maintaining the orientation of planes, missiles and spaceships, and more consumer-level applications in smartphones such as enabling gesture control gaming on mobile devices amongst many other diverse implementations.

The gyroscope in it’s simplest form is a rotor on a spin axis, enclosed in a frame to minimize external torques called gimbal and the external gyroscopic frame.

Precession (no, we haven’t misspelt ‘precision’ — that’s a different thing, though etymologically speaking, it may just have it’s origin in Precession!) is the action in a gyroscope that keeps the spin axis oriented even after external forces are applied to disorient the spin axis; so when a deforming force is applied to the spin axis, instead of rotating the axis itself, it rotates the structure surrounding the metallic disc.

In the diagram above we can see that the tilt has not changed the direction of the rotor and has been compensated by the gimbal. The spinning of the rotor means that any change in orientation affects all points on the rotor equally, causing the rotor to spin on a fixed axis.

This is called Precession and it creates a fixed-orientation even after external forces are applied to disorient the spin axis. If an external force is applied, the spin axis transfers the repercussions (hence the English word) of that force to the rotor, which in turn, passes the force to the external framework (gimbal) causing it to rotate at right angles to the initial external force applied keeping the spin axis in form, thereby maintaining the orientation.

Precession, is what keeps the spin axis oriented and thus helps in a number of fields like navigating unmanned aerial vehicles, operating your devices, space shuttles etc and has also been used by a motorcycle manufacturer to invent a 2-wheel bike which uses two gyroscopes to remain upright.

If you mount two gyroscopes with their axles at right angles to one another on a platform, and place the platform inside a set of gimbals, the platform will remain completely rigid, as the gimbals are free to rotate in any axis. This makes the Inertial Navigation Systems (INS) used in unmanned vehicles.

Large gyroscopes are also used to stabilize boats and even satellites during their flight path!

Okay, now that you understand how the gyroscope works, let’s further explore a variant used in your mobile devices.

In our cellphones, the gyroscope used is called micro electro mechanical systems gyroscope ( MEMS) gyroscope. This is different from the mechanical one described above, though the principle remains same.

MEMS gyroscopes are compact, and carry small-integrated chips. The sensors register change in angular displacement while a current is generated through the vibrating action of the gyro and transmitted in a viable form to alert the user.
This would be a simple submission of motion-sensing in our smartphones.

A gyroscope in your phone enables it to sense linear orientation of the phone to auto rotate your screen. While the gyroscope takes care of the rotational orientation, it is the accelerometer that senses the linear changes relative to the frame of reference of the device.

Now, an accelerometer is the device used to measure the force of acceleration, whether caused by gravity or by movement.

The mass (M) is attached via a spring (K) and when at rest is in the position “0” (rest). If you pull the frame to the right, the mass will remain stationary for some time and then will move with the motion. This delay is captured and is converted into acceleration.

Consider a housing that suspends a seismic mass from a spring. Depending whether the device goes up or down, gravity will work to produce a displacement that either compresses the spring, or expands it. Depending on the degree and nature of change in the spring, we can tell whether the phone is moving upwards or downwards.

By arranging such an apparatus along all three dimensions in space (one along the x, y and z axes), we can tell what side the device lies on while the gyro takes care of the tilt and angular considerations. The accelerometer senses movement and shift in gravity, making it an ideal tool to accurately capture change in motion and orientation of motion.

Let’s take an example of gaming on WII to understand this further.
When you play golf using the WII controller, the accelerometer captures your swing motion and translates it into an on-screen shot. The acceleration with which you swung the WII controller will be registered into the strength of your swing shot and translated into the distance the ball travels on the green, while the angle of movement will get translated into the direction the ball will travel.

Together the accelerometer and gyroscope can sense the orientation of the device and how fast it’s accelerated. Landscape vs. Portrait? — Our screen orientation preferences, how does the phone sense it to be on its side? The MEMS (micro electro mechanical systems gyroscope) technology integrated in the little chip well seated in the motherboard of the device is the answer.

A tactfully placed housing and mass allows a simultaneous reading in all dimensions and gyro keeps orientation in form. As soon as there is a displacement that indicates there is acceleration in a particular direction, with a vibrating motion caused by the gyro, a potential drop is formed generating a current which leads off into the circuitry to tell the rest of the device how to respond.

This way, the device knows exactly where in space it lies.

Some other places where they come into play are embedded into the gesture controls of your media player (Sony Shake and Samsung Motion Play are two good examples), direction control in gaming — in lieu of using the keypad, the muting of your buzzing phone by simply turning it upside down — all through these two hard-working little electronic gizmos.

So, now you know what goes on inside your device, when you tilt it to grab those coins staring up at you in Temple Run!

So the same technology that’s used in airplanes, guiding the pilot and even the Mars Rover, enabling it to navigate on extraterrestrial land, is what determines how hard you swung your virtual golf club!

Источник

Gyroscope on iPhone

I need some help using gyroscope on iPhone. I can’t understand readings from CMAttitude regarding pitch, roll and yaw in a particular situation.

This is my code

Let’s suppose that iPhone is laying down on a plane as in the following figure:

pitch, roll and yaw are (almost) 0 degrees and any turn around an axis returns understandable readings. For example, turning the device right, the Yaw decreases and Pitch and Roll remains at 0.

Now the iPhone is in the following position:

and measurement is started again.

Readings are: Yaw = 0, Pitch = 90, Roll = 0

Since the devices rotated around this axis, Pitch increases.

Moving the iPhone into this position:

readings are: Yaw = 30, Pitch = 90, Roll = 0

Once again, since the device rotates around the Yaw axis, this value changes and the others not.

Moving the device around the Roll axis:

readings are: Yaw = 0, Pitch = 90, Roll = -20.

Now what I can’t understand. Moving the iPhone around a circle of radius R (R > 0), like in this figure:

Yaw changes meanwhile Pitch and Roll don’t.

I would have expected Yaw had remained unchanged and Roll had changed.

How can compensate this since I am interested exclusively to rotations around Yaw axis made by the user ?

Another problem I have is drifting. The iPhone is in the position described in the second figure, taken in my hand at rest for a long time (1 minute or more). The Yaw constantly increase. Any idea how to compensate the drifting ?

Thank you in advance

UPDATE I have followed Kay suggestions but nothing changes. Some more detail on my code. I would like to use Yaw to rotated an UIImage only when user rotate the device around the Yaw axis. This works, but when the user rotates around its own vertical axis the Yaw changes. I suppose that is not correct since when the user moves around its vertical axis, the devices doesn’t rotate around its own Yaw axis. May be I am wrong. This is my original code:

This is the code after Kay suggestion:

I start device motion monitoring with

1 Answer 1

[Completely revised]

(1) Strange Angles

At a first glance I mistook the situation as running into some typical problems related to Euler Angles. Because they are close to this problem area and really important to bear in mind, I leave this part of the original answer. Euler Angle problems are:

• Ambiguity, as the relationship between rotation state and Euler Angles representation is not bijective i.e. a set of angles describes one rotation but a rotation can be represented by more than one set of Euler Angles. In your question’s Fig. 3 you can achieve the same rotation by either 1: Yaw=30°, 2: Pitch=90° or by 1: Pitch=90°, 2: Roll=30°
• Gimbal Lock problem: You may loose one degree of freedom and the device cannot rotate around one of the axes any longer. The solution is to use quaternions or rotation matrices.

But as you stated in your comment the true culprit seems to be the reference frame. Starting with iOS 5.0 Apple enhanced the sensor fusion algorithm and considers magnetic field data as well to calculate CMAttitude. Although there is still the old method startDeviceMotionUpdates, it now uses a default reference CMAttitudeReferenceFrameXArbitraryZVertical so that all measurement is related to «Z axis is vertical and the X axis points in an arbitrary direction in the horizontal plane«.

In order to get your data in respect to the reference at start (or any other rotation) you need to store the CMAttitude instance you want as reference and then use CMAttitude ‘s multiplyByInverseOfAttitude method to transform every new attitude i.e. at the beginning of your handleDeviceMotion method.

(2) Yaw Drifting

I think this is related to a bug in iOS 6 like the one I described in Drifting yaw angle after moving fast as it used to work fine in previous version. I filed a bug — let’s see when they gonna fix it.

Источник

Все датчики iPhone, для чего они?

Есть много функций, предлагаемых iPhone и некоторые из них кажутся настолько обычными, что мы не перестаем думать об их происхождении и почему они работают именно так. Если вы когда-нибудь останавливались, чтобы ознакомиться с функциями iPhone, вы видели такие слова, как «гироскоп» или «акселерометр». Но что это и для чего они нужны? Ну, это датчики, которые Apple встроены в терминалы, и в этой статье мы объясним, для чего они нужны и в какой конкретный iPhone они были интегрированы.

Типы датчиков iPhone, которые существуют

Ниже мы объясним, из чего состоит каждый из датчиков, которые можно найти в смартфонах Apple, а также их полезность при повседневном использовании устройства. Конечно, мы исключаем из списка объективы фотоаппаратов, микрофоны, антенны и другие элементы, которые сами не считаются датчиками.

Акселерометр

Хотя для очень технических целей это сложный датчик для объяснения, наряду с остальным, на функциональном уровне он действует как детектор движения устройства . Вы не сможете узнать, движется ли что-то вокруг вас, но виноват ли он в том, что операционная система знает, в каком положении находится iPhone, и что она может выполнять определенные действия вокруг него.

Его производительность является ключевой, когда, например, вы используете iPhone горизонтально , так как экран устройства будет вращаться, чтобы предложить вам этот визуальный эффект. То же самое происходит, когда такие действия, как встряхивание айфона проводится для стирания текст, написанный в примечании, поскольку это движение определяет акселерометр.

Трехосный гироскоп

Согласно комментариям к акселерометру, начиная с iPhone 4, этот элемент стал добавляться в качестве вспомогательного датчика к другому упомянутому датчику. Фактически, этот датчик имеет гораздо больше смысла, чем предыдущий, для функций, обсуждаемых вокруг ориентация устройства , поскольку он способен с большей точностью измерять повороты, сделанные на iPhone.

У него есть еще одна полезность в определенных видеоигры в котором управление движением осуществляется путем перемещения iPhone. Наверняка вы знаете гоночную игру, в которой вы управляете транспортным средством, которое вращается, пока вы перемещаете iPhone в ту сторону, причем этот трехосевой гироскоп отвечает за его измерение и уточнение движений.

Датчик приближения

Задумывались ли вы, почему экран выключается, когда мы говорим по телефону ? Датчик приближения встроен в верхнюю часть каждого iPhone, рядом с динамиком. И это положение не является случайным, поскольку оно встроено в это место, чтобы датчик обнаруживал, когда вы говорите по телефону или слушаете звуковое сообщение, чтобы перевести экран в спящий режим и избежать случайных и случайных касаний. экономить батарею.

Внешний световой сенсор

Этот другой датчик тесно связан с близостью датчик и иногда монтируется на том же элементе. Как следует из названия, этот датчик обнаруживает свет вокруг iPhone. Фактически, это тот, который также вызывает отключение экрана, когда мы прикрепляем устройство к уху, поскольку он определяет, что свет уменьшился, не получая его, потому что он приклеен к вашей коже.

В новейшем iPhone этот датчик используется вместе с процессором для определения окружающей среды, в которой мы находимся, и настроить некоторые параметры экрана, например как уровень яркости или цвет. Посмотрите, как функция True Tone добавлена ​​в iPhone последних поколений и позже распространена на другие устройства этой марки.

Барометр

Барометры широко известны как инструменты, используемые для измерения атмосферного давления. Обычно это гаджеты, которые используются в условиях, определяемых профессионалами в области метеорологии, однако в некоторых iPhone их можно найти в более ограниченном виде. Конечно, это функционально ограничен и нет собственного приложения или инструмента, который бы максимально использовал его, хотя в App Store есть некоторые приложения, которые предназначены для использования.

Датчик отпечатков пальцев

Touch ID Возможно, это звучит для вас, и именно так известны функции, предлагаемые датчиком отпечатков пальцев в iPhone. Это элемент, который способен считывать отпечатки пальцев и безопасно регистрировать их на iPhone, распознавать их и служить биометрическим элементом безопасности. Его полезность в системе варьируется от разблокировка айфона к возможности совершать платежи через Apple Pay , благодаря возможности быстрого доступа к приложениям и веб-сайтам без необходимости вручную вводить пароль.

Датчики распознавания лиц

Тот, кто известен как ID лица состоит из системы датчиков, которые официально называются TrueDepth . Если первые были способны регистрировать и распознавать отпечатки пальцев, они делают это с помощью лиц людей. Для этого они используют свои возможности 3D с испусканием серии инфракрасных лучей, проецируемых на лицо человека перед ними, что в конечном итоге является более сложным методом, чем то, что можно найти в других разблокировках, которые только распознают лицо через изображение. в 2D.

Это имеет те же эффекты, что и Touch ID, поскольку также позволяет выполнять такие действия, как разблокировка iPhone, совершение платежей или замена паролей. Конечно, до сих пор он никогда не дополнял Touch ID, поскольку iPhone с одним из этих датчиков не поддерживает другой.

LiDAR сканер

Этот элемент действует аналогично рассмотренным выше датчикам распознавания лиц. Это видимый элемент в модуле задней камеры последнего iPhone, который невидимо проецирует серию инфракрасных лазеров, с помощью которых он способен создавать трехмерные карты до совершенства, имея возможность измерять расстояния и обнаруживать объекты в любом месте. быть нацеленным на длину примерно 3 метра.

Его полезность заключается в том, чтобы иметь улучшения в дополненной реальности в специализированных приложениях с гораздо более высокой точностью, которая улучшается с обработкой процессора телефона. Однако он также очень полезен в фотографическое поле , поскольку портретный режим значительно улучшается в iPhone с этим датчиком, особенно в условиях низкой освещенности, когда одни только линзы не могут обнаружить объект или человека, который позирует.

Вероятно, это один из самых важных сенсоров на iPhone, который также требует меньше объяснений. Как вы, вероятно, уже знаете, это датчик, который используется для позиционирования устройства на карте и обычно интегрирован в антенны, которые он использует для подключения к телефонным сетям.

Существуют много утилит что мы находим для GPS в системе. От использования в качестве навигатора на автомобильных маршрутах или прогулок по приложениям, таким как Google Maps, до возможности определить местонахождение iPhone в случае потери или кражи через приложение поиска. В нем также есть утилиты, предлагающие температуру в районе, где вы используете приложение Погода, и даже найти улучшения в Wi-Fi сигнал или мобильные данные для серфинга в Интернете.

Компас

По правде говоря, Apple не интегрирует компас в свои айфоны. И это не так, поскольку полезность, которую это может предложить, достигается за счет связи между другими датчиками, такими как GPS или гироскоп и акселерометр. IPhone умеет подражать функциям компаса спасибо другим. Поэтому, хотя этот датчик как таковой не существует ни в одном из iPhone, это не означает, что функциональные возможности этого элемента не могут быть получены, и поэтому мы сочли целесообразным выделить его в отдельный пункт, как если бы это был просто еще один датчик. .

Какие из них есть в вашем iPhone?

Учитывая возможные датчики, которые включают в себя телефоны Apple, вы должны знать, какие из них есть в каждой модели. Не все, что подробно описано выше, включено в них, поэтому следующий список будет полезен, в котором мы подробно расскажем, какие элементы будут собраны на каждом из iPhone, которые Apple выпускала все это время.

• iPhone (1-го поколения): Официальные данные о датчиках этого первого терминала Apple неизвестны.
• iPhone 3G:
  • Акселерометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Gps
• iPhone 3GS:
  • Акселерометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Gps
• Ай фон 4:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Gps
• Айфон 4с:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Gps
• iPhone 5:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Gps
• Айфон 5с:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Gps
• Айфон 5с:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• Ай фон 6:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• iPhone 6 Plus:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• IPhone 6s:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• iPhone 6s Plus:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• iPhone SE (1-го поколения):
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• iPhone 7:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• iPhone 7 Plus:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• iPhone 8:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• iPhone 8 Plus:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• iPhone X:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone XS:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone XS Max:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone XR:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone 11:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone 11 Pro:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone 11 Pro Max:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone SE (2-го поколения):
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчик отпечатков пальцев
  • Gps
• iPhone 12:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone 12 mini:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone 12 Pro:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • LiDAR сканер
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps
• iPhone 12 Pro Max:
  • Трехосный гироскоп
  • Акселерометр
  • Барометр
  • Датчик приближения
  • Внешний световой сенсор
  • LiDAR сканер
  • Датчики распознавания лиц
  • Gps

Источник