慣性傳感器促進移動機器人自主工作

圖 5. 激光映射。

對于室外應用，Seekur使用全球定位系統(tǒng)(GPS)進行位置測量（圖 6）。全球定位系統(tǒng)通過至少四個衛(wèi)星的無線電信號傳播時間對地球表面上的位置進行三角測量，精度可達±1 m以內。不過，這些系統(tǒng)難以滿足無阻擋 的要求，可能受建筑、樹木、橋梁、隧道及許多其他類型的物體影響。某些情況下，室外物體位置和特性已知（“城市峽谷”），則在 GPS 運行中斷時也可使用雷達和聲納來協(xié)助進行位置估算。即便如此，當存在動態(tài)條件時，例如汽車經過或正在施工，效果常常會受到影響。

圖 6. GPS 位置檢測。

MEMS 角速率檢測

Seekur系統(tǒng)使用的MEMS陀螺儀可直接測量Seekur關于偏航（垂直）軸的旋轉速率，該軸在Seekur導航參考坐標系內與地球表面垂直。用于計算相對駛向的數學關系式是固定時間內(t1至 t2)角速率測量結果的簡單積分。

該方法的主要優(yōu)勢之一是連接至機器人機架的陀螺儀可測量車輛的實際運動，而無需依靠齒輪比、齒輪隙、輪胎幾何形狀或表面接觸完整性。不過，駛向估算需要依靠傳感器精度，而該精度取決于偏置誤差、噪聲、穩(wěn)定性和靈敏度等關鍵參數。固定偏置誤差轉換為駛向漂移速率，如包含偏置誤差ωBE的下列關系式所示：

偏置誤差可分為兩種：當前誤差 和條件相關誤差。Seekur系統(tǒng)估算的是未運動時的當前偏置誤差。這要求導航電腦能夠識別未執(zhí)行位置變化命令的狀態(tài)，同時還要方便進行數據收集偏置估算和校正系數更新。該過程的精度取決于傳感器噪聲以及可用于收集數據并構建誤差估算的時間。如圖7所示，Allan方差曲線提供了偏置精度與求均值時間之間的簡便關系式，進而確定了ADIS16265的關系式。ADIS16265是一款與Seekur系統(tǒng)目前所用的陀螺儀類似的iSensor®MEMS器件。本例中，Seekur可將20秒內的平均偏置誤差減小至0.01°/秒以下，并可通過在約100秒的周期內求均值來優(yōu)化估算結果。

圖 7. ADIS16265 Allan 方差曲線。