主页 案例分析 用于自主导航的紧凑型惯性导航系统

用于自主导航的紧凑型惯性导航系统

Autonomous navigation in autonomous robot, based on odometry fused with Ellipse-A AHRS, and corrected by LiDAR

“With this winning combination, VIKINGS team reaches a centimeter-level absolute precision (< 3 cm), a technical achievement, which has greatly contributed to their two victories.” | Mr. Merriaux

AHRS地理空间车辆
Argos 挑战赛

ARGOS(燃气和石油场地自主机器人)挑战赛于 2013 年 12 月启动,由石油和天然气公司道达尔(TOTAL)与法国国家科研中心(ANR)联合举办。

该赛事旨在用不到三年的时间推出新一代自主机器人,使其能够执行巡检任务、检测异常并应对紧急情况。该竞赛的目标是打造一款能够在油气田上移动的自主机器人,以增强道达尔运营商的安全性。

VIKINGS 的自动机器人在 ARGOS 挑战赛期间。 | 来源:VIKINGS

VIKINGS 的机器人通过将里程计预测与惯性传感器数据进行融合来计算其位置。此外,它利用前后两个 LiDAR 修正这些信息,以实现 360° 覆盖。

该机器人采用履带行进,转弯时会打滑。因此,这种车型使得里程计精度极差。此外,惯性系统对于精确计算航向变得至关重要。最后,Ellipse-A 能够充分提供可靠的横摇和纵摇测量数据。

Already satisfied with SBG SYSTEMS’ products, the choice was naturally the Ellipse-A attitude and heading reference system. “It provides very good pitch and roll performance thanks to low drift gyros” says Mr. Merriaux.

The Ellipse-A is the second generation of miniature inertial sensors of SBG Systems. It integrates low drift gyroscopes and benefits from the experience gained in algorithms design. Industrial-grade, the Ellipse-A is factory calibrated in temperature and dynamics, ensuring data integrity from -40 to 75 ° C. With this winning combination, VIKINGS team reaches a centimeter level absolute precision (< 3 cm), a technical achievement, which has greatly contributed to their two victories.

“The Ellipse-A provides very good pitch and roll performance thanks to low drift gyros” | Mr. Merriaux

维京人自动机器人
维京人团队机器人挑战赛
< 3 cm
VIKINGS team reaches a centimeter level absolute precision (< 3 cm)
0.1 °
Ellipse-A 提供极佳的俯仰和横滚性能。
300 mW
功耗
45 g
AHRS 总重量

Ellipse-A

Ellipse-A 是一款经济高效且高性能的姿态航向参考系统 (AHRS)。它内置了一流的磁校准程序,可实现最佳航向,非常适合低中动态应用。

这款坚固的惯性运动传感器在 -40°C 至 85°C 的温度范围内经过出厂校准,可提供横滚、俯仰、航向和升沉数据。

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Ellipse A AHRS 单元 Checkmedia

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AHRS 和 INS 之间有什么区别?

姿态航向参考系统 (AHRS) 与惯性导航系统(INS)之间的主要区别在于其功能以及它们所提供数据的范围。

 

AHRS 提供方向信息,具体为车辆或设备的姿态(俯仰角、横滚角)和航向(偏航角)。它通常结合使用陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器来计算和稳定方向。AHRS 输出三个轴(俯仰、横滚和偏航)的角度位置,使系统能够了解其在空间中的方向。它广泛应用于航空、无人机、机器人和海洋系统中,以提供精确的姿态和航向数据,这对于车辆控制和稳定至关重要。

 

INS 不仅提供方向数据(如 AHRS),还跟踪车辆随时间推移的位置、速度和加速度。它使用惯性传感器来估计 3D 空间中的运动,而无需依赖 GNSS 等外部参考。它结合了 AHRS 中的传感器(陀螺仪、加速度计),但也可能包括更高级的位置和速度跟踪算法,通常与 GNSS 等外部数据集成以提高精度。

 

总而言之,AHRS 侧重于方向(姿态和航向),而 INS 提供全套导航数据,包括位置、速度和方向。

什么是精确单点定位 (Precise Point Positioning)?

精密单点定位 (PPP) 是一种卫星导航技术,通过纠正卫星信号误差提供高精度定位。与通常依赖地面参考站(如 RTK 中)的传统 GNSS 方法不同,PPP 利用全球卫星数据和先进算法来提供准确的位置信息。

PPP 无需本地参考站即可在世界任何地方工作。这使其适用于缺乏地面基础设施的偏远或恶劣环境中的应用。通过使用精确的卫星轨道和钟差数据,以及对大气和多路径效应的修正,PPP 最大限度地减少了常见的 GNSS 误差,并可达到厘米级精度。

PPP 虽然可用于后处理定位(即事后分析收集到的数据),但它也可以提供实时定位解决方案。实时 PPP (RTPPP) 越来越普及,允许用户接收校正并实时确定其位置。