慣性傳感器促進(jìn)移動(dòng)機(jī)器人自主工作

圖 5. 激光映射。

對(duì)于室外應(yīng)用，Seekur使用全球定位系統(tǒng)(GPS)進(jìn)行位置測(cè)量（圖 6）。全球定位系統(tǒng)通過至少四個(gè)衛(wèi)星的無線電信號(hào)傳播時(shí)間對(duì)地球表面上的位置進(jìn)行三角測(cè)量，精度可達(dá)±1 m以內(nèi)。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(yùn)行中斷時(shí)也可使用雷達(dá)和聲納來協(xié)助進(jìn)行位置估算。即便如此，當(dāng)存在動(dòng)態(tài)條件時(shí)，例如汽車經(jīng)過或正在施工，效果常常會(huì)受到影響。

圖 6. GPS 位置檢測(cè)。

MEMS 角速率檢測(cè)

Seekur系統(tǒng)使用的MEMS陀螺儀可直接測(cè)量Seekur關(guān)于偏航（垂直）軸的旋轉(zhuǎn)速率，該軸在Seekur導(dǎo)航參考坐標(biāo)系內(nèi)與地球表面垂直。用于計(jì)算相對(duì)駛向的數(shù)學(xué)關(guān)系式是固定時(shí)間內(nèi)(t1至 t2)角速率測(cè)量結(jié)果的簡(jiǎn)單積分。

該方法的主要優(yōu)勢(shì)之一是連接至機(jī)器人機(jī)架的陀螺儀可測(cè)量車輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，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(guān)鍵參數(shù)。固定偏置誤差轉(zhuǎn)換為駛向漂移速率，如包含偏置誤差ωBE的下列關(guān)系式所示：

偏置誤差可分為兩種：當(dāng)前誤差 和條件相關(guān)誤差。Seekur系統(tǒng)估算的是未運(yùn)動(dòng)時(shí)的當(dāng)前偏置誤差。這要求導(dǎo)航電腦能夠識(shí)別未執(zhí)行位置變化命令的狀態(tài)，同時(shí)還要方便進(jìn)行數(shù)據(jù)收集偏置估算和校正系數(shù)更新。該過程的精度取決于傳感器噪聲以及可用于收集數(shù)據(jù)并構(gòu)建誤差估算的時(shí)間。如圖7所示，Allan方差曲線提供了偏置精度與求均值時(shí)間之間的簡(jiǎn)便關(guān)系式，進(jìn)而確定了ADIS16265的關(guān)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(nèi)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(nèi)求均值來優(yōu)化估算結(jié)果。

圖 7. ADIS16265 Allan 方差曲線。