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    MEMS惯性导航的应用

    2020-11-19 23:11:07

    无人机、无人车、无人船、机器人等代表性无人系统的智能自主控制是当前自动控制领域的研究热点,更是提升无人系统自主性和智能化水平的核心竞博电子竞技app官网。自主导航竞博电子竞技app官网利用对应的自主导航系统获取无人系统自身的位置、速度及姿态信息,是实现无人系统智能自主控制必不可少的竞博电子竞技app官网保障。在无线电导航、地形匹配导航、惯性导航、卫星导航、磁导航及视觉导航等众多导航竞博电子竞技app官网中,不需要依赖外界信息的惯性导航竞博电子竞技app官网是目前实现无人系统自主导航的一种最强有力竞博电子竞技app官网手段。

    MEMS惯性导航的应用

    MEMS惯性导航竞博电子竞技app官网以其体积小、功耗低、重量轻及低成本等特点在多种无人系统,如无人机、无人车、无人船及机器人等系统中得到普遍应用。

    1 无人机领域

    在近几年来,微小型无人机在军用以及民用领域内发挥着越来越重要的作用,而为了实现无人机自身的定位以及定位问题,航姿测控系统发挥着至关重要的作用。航姿测控系统主要由GPS天线、GPS接收板、捷联式磁传感器、惯性测量单元、高度空速传感器以及调理单元构成。传感器的精度直接决定无人机位姿的精度,传感器采集到的数据通过导航算法计算出无人机的位置姿态信息。目前无人机的导航主要采取将MEMS惯性导航系统与GPS组合的手段,这样既可以提高系统精度,又可以缩短初始对准的时间。如今无人机上面搭载的导航系统精度为消费级,如Invensense MP6500的精度为2°/s,而随着MEMS器件精度的提高以及成本的降低,未来无人机的导航精度将提高。

    2 无人车领域

    无人车是通过车载传感器来感知外界环境,并且获取车辆位置、姿态信息以及障碍物信息,从而控制车辆行驶速度、转向以及起停等。目前谷歌、百度等公司均在开展无人车的研制工作,并已经开展道路实验。当无人车行走到高大建筑物下,且GPS被遮挡而无法正常工作时,无人车上搭载的惯性导航系统短时间内的精度可以满足车辆自主前行的需求。无人车上的MEMS惯性导航系统,一般精度要求较高。

    3 无人船领域

    由于边境巡逻、水质勘探等任务所采取普通的舰船设备较为危险并且成本较高,致使无人船竞博电子竞技app官网发展迅速。获取无人船位置姿态信息是无人船能够自主开展工作的重要前提。如今无人船上配备的传感器主要有GPS,MEMS惯性导航系统及避障雷达等。随着MEMS惯性导航系统精度的提高,惯性导航系统在无人船的位置姿态信息获取中发挥着至关重要的作用。无人船上搭载的MEMS惯性导航系统,一般消费级的中低精度即可满足需求。

    4 机器人领域

    移动机器人是一种可以自主在固定或时变环境中进行工作的自动化设备。近年来在服务业、家居、工业等领域应用广泛。轮式机器人在应用方面与无人车相似,均通过视觉相机、MEMS惯性传感器、激光雷达及里程计等传感器采集数据进行导航。国内高校也对轮式机器人较早开始研究工作。在采取惯性传感器与里程计的轮式机器人的导航过程中,MEMS惯性传感器提供精确的姿态角,而由于轮子打滑等对惯性导航以及里程计产生影响,现大多通过视觉里程计与MEMS惯性导航组合导航,通过扩展Kalman滤波算法来进行数据融合,从而提高系统精度。

    5 其他领域

    除了上述领域外,MEMS惯性传感器还在电子设备,如手机、平板电脑、游戏机、相机、VR眼镜以及用于室内定位的单兵导航。目前消防员在高楼灭火时以及行动不便的老人在家的人身安全问题是社会普遍关注的问题,如果将MEMS惯性导航系统放置在探测人员身上进行导航,则可以获得实时位置姿态信息,这样就可以提高被监视人员的安全系数。使用MEMS惯性导航系统进行室内人员定位办法大致有以下几种:一种是利用MEMS加速度计对人员步伐状态进行检测识别,再通过磁力计检测人员运动方向,由此来进行室内人员的定向定位。另外一种方法是采用两个或多个MEMS惯性导航系统,安装在人员脚部以及腰部位置,通过多个MEMS惯性导航系统修正方法来进行定位。


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