Wheel-INS2:基于多 MEMS IMU 的轮式机器人航位推算系统及不同 IMU 配置评估
机器人学
2022-11-10 v3
摘要
可靠的自包含导航系统对自主车辆至关重要。基于我们此前关于 Wheel-INS \cite{niu2019}(一种基于轮载惯性测量单元(Wheel-IMU)的航位推算(DR)系统)的研究,本文提出一种面向轮式机器人的多 IMU 基 DR 方案。IMU 安装于轮式车辆的不同位置以获取多样的动态信息。特别地,至少一个 IMU 须安装于车轮上以测量车轮速度并利用旋转调制之优势。系统通过分布式扩展卡尔曼滤波结构实现,其中每个子系统(对应每个 IMU)分别保留并更新自身状态。多 IMU 之间的相对位置约束被用于进一步抑制误差漂移并提升系统鲁棒性。特别地,我们以双 Wheel-IMU、一个 Wheel-IMU 加一个车体安装 IMU(Body-IMU)、以及双 Wheel-IMU 加一个 Body-IMU 的 DR 系统为例进行分析与比较。现场测试表明,所提多 IMU DR 系统在定位与航向精度上均优于单 Wheel-INS。与集中式滤波器相比,所提分布式滤波器精度退化可忽略,同时计算效率显著提升。此外,三种多 IMU 配置中,一个 Body-IMU 加一个 Wheel-IMU 的设计获得最小漂移率。三种配置的位置漂移率分别为 0.82%(双 Wheel-IMU)、0.69%(一个 Body-IMU 加一个 Wheel-IMU)和 0.73%(双 Wheel-IMU 加一个 Body-IMU)。
引用
@article{arxiv.2012.10593,
title = {Wheel-INS2: Multiple MEMS IMU-based Dead Reckoning System for Wheeled Robots with Evaluation of Different IMU Configurations},
author = {Yibin Wu and Jian Kuang and Xiaoji Niu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.10593},
year = {2022}
}
备注
Accepted to IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems