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收获 INS 技术在野外机器人技术中的应用

博客 2024 年 10 月 11 日

现在是机器人技术领域令人兴奋的时刻。许多公司和组织都在探索自主移动机器人(AMR)如何适应全球不同的利基市场。其中最令人兴奋的类别之一就是所谓的野外机器人。我们的最新博客介绍了 INS 技术在野外机器人技术中的应用,以及如何充分利用该技术。

RoboBusiness 还有几天就要开始了,我们将讨论现场机器人技术的关键挑战之一--本地化,并解释您如何在现场机器人技术中获得 INS 技术的回报。如果您有任何后续问题,我们的合作伙伴 U-blox将在今年的 RoboBusiness 上展示我们最新的板载 INS,即 xRED3000是自主项目的理想选择。

 

xRED3000 是现场机器人技术中理想的定位组件。
xRED3000 GNSS/INS

 

野外机器人技术中的定位挑战

只有当机器人知道自己的位置时,AMR 的许多自主行为才有可能实现。而要做到这一点,它需要准确的定位数据。

在室内应用中,人们使用了从超宽带 (UWB) 到 SLAM、激光雷达和摄像头测距等多种技术。但到了室外,其中一些技术的实施更具挑战性,而另一些技术则完全不适合室外环境。

首先,在许多野外机器人环境中,没有地方安装 UWB 定位等所需的基础设施。其次,野外机器人技术的许多应用要求机器人访问以前从未勘测过的地点,或者在如此大的范围内进行操作,以至于足够详细的勘测工作过于复杂和/或昂贵。

 

GNSS/INS 技术正成为野外机器人技术的关键。

 

因此,在野外机器人技术领域,几乎所有人都在使用惯性导航系统来获取定位数据。但挑战依然存在。因为尽管惯性导航系统无处不在,但它也有很多怪癖,会让不熟悉的人措手不及。

 

在现场机器人技术中使用 INS 设备时应考虑的事项

为免生疑问,当我们提到 INS 时,我们指的是一种将惯性测量单元 (IMU) 与 GNSS 接收机相结合的设备,可提供位置数据以及机器人的航向、俯仰、滚动、加速度等数据。这两种技术的应用都非常广泛,但要充分利用它们,您需要注意一些事项。例如

 

1) 全球导航卫星系统数据需要定期校正

由于来自太空的无线电信号受到大气干扰,全球导航卫星系统的定位精度通常在 1-2 米之间。为了提高精度,您需要输入 校正数据来抵消 "不正确 "的位置。简而言之,校正数据由精确测量的基站生成,可以计算出机器人从卫星接收到的数据的正确偏移量。您需要订购校正服务,例如 U-blox PointPerfect等校正服务,并想办法将校正数据传送给机器人(或者您也可以建立自己的基站,不过这就更复杂了)。

 

2) 可从多个全球导航卫星系统星座获取定位数据

大多数人都熟悉全球定位系统,它是美国拥有的全球导航卫星系统星座(卫星网络)。还有其他三个主要的:北斗、格罗纳斯和伽利略。如果您要为全球市场制造 AMR,那么确保您的接收器能够接收来自所有四个星座的数据将是非常有必要的。四星座全球导航卫星系统不仅可以覆盖全球,而且比依靠一两个星座更强大。

 

3) IMU 不尽相同

在您的演示机器人中,您可能使用了相对便宜的元件,如果没有,您几乎肯定会在产品投产时研究如何降低单位成本。但问题是,对于现场机器人来说,廉价的 IMU 很少有足够的精度。随着规模的扩大,您还需要考虑校准问题。您或许可以批量购买 IMU,但 IMU 的构造性质意味着每个 IMU 都需要进行仔细和不同的校准,才能提供一致的性能。

 

4) 需要融合 GNSS 和 IMU 数据

INS 结合全球导航卫星系统和 IMU 数据,提供所谓的姿态估计,即系统对机器人位置、航向、俯仰、滚动等的计算。这需要使用卡尔曼滤波器来完成,而卡尔曼滤波器的制造和改进都非常复杂。没有卡尔曼滤波器,系统就无法判断全球导航卫星系统或 IMU 提供的数据是否不准确,因此应予以舍弃。如果您在现场机器人技术中使用 INS,请询问其卡尔曼滤波器。

 

5) 仅靠 INS 并不总是足够的

野外机器人技术并不总是意味着开阔的天空。考虑一下在城市中运行的杂货配送机器人。摩天大楼、隧道和地下通道都会产生 GNSS 黑点和多路径误差,导致 INS 偏离航线,即使 INS 内有高质量的 IMU。为了解决这个问题,您需要将额外的传感器(如轮速传感器)融合到最终输出中。

希望您会同意,从头开始构建自己的本地化解决方案是一项复杂的工作。有了这种复杂性,您的资金会消失得更快,启动时间会越来越远,您的压力(可能)也会直线上升。

 

OxTS 有助于

虽然一开始可能会感觉困难重重,但投资于预先构建的本地化解决方案将在日后获得回报。OxTS 例如,GNSS/INS 技术与自行构建解决方案相比,具有诸多优势:

我们的技术以传感器融合为核心,因此您可以快速、轻松地添加其他传感器,确保提供强大的定位解决方案。

我们的扩展卡尔曼滤波器是业内识别错误数据的最佳工具之一,可使您的本地化数据尽可能可靠。

我们对所有 IMU 都进行了单独校准,以便在机队层面提供一致的性能。

这种校准方式与先进的处理算法相结合,能以令人难以置信的实惠价格为您提供高性能。

我们的技术不涉及 ITAR,因此可以轻松运往国外。

我们已经为自主项目创建了多种插件和驱动程序,包括 ROS2 驱动程序英伟达 DRIVE 平台插件因此,您可以毫不费力地将本地化解决方案接入更广泛的机器人控制堆栈。

 

对于自主项目,我们有几种不同型号的 INS 特别适合。我们的 AV200是一款小型、轻便的 INS,精度可达厘米级,并配有 CAN 接口,适用于使用 CAN 总线的项目。

如果您将前往 RoboBusiness,那么您将有机会看到我们的另一款自主工作主力--xRED3000 xRED3000我们在 U-blox 展台上的 INS 展示板。采用高精度 ZED-F9P GNSS 模块。xRED3000 比 AV200 的精度更高,重量仅 20 克,比 Gameboy 墨盒还小。它非常适合集成到现场机器人平台中,使您能够快速加快开发时间并改进 AMR 的功能。

最终,与OxTS 合作可以为您提供市场领先的产品,比您自己构建本地化解决方案更快。

 

在 RoboBusiness 与 U-blox 对话

正如我们所说,我们的合作伙伴 U-blox 本月将参加 RoboBusiness。如果您对在现场机器人项目中使用 INS 感兴趣,或者只是想更近距离地了解 xRED3000,他们非常乐意与您交流。他们的展位在主厅的 617 号。

同时,如果您想进一步了解OxTS 能为自主性项目做些什么,请点击 访问我们的自主页面、或者您也可以下载下面的 AMR 导航指南。

自主机器人导航解决方案简介

AMR 需要一个强大的机器人定位解决方案;一个不仅能记录机器人位置和方向,还能在室内外运行的工具。

本解决方案简介将介绍我们建议客户在决定自主移动机器人的定位来源时所考虑的各个方面。

阅读解决方案简介了解正确的机器人本地化解决方案如何帮助您的 AMR 项目,包括在开展项目前需要问自己的关键问题。

AMR 解决方案简介

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