關(guān)于 INS 您需要了解的一切

文章出處：新聞資訊責(zé)任編輯：深圳市廣陵達(dá)科技有限公司發(fā)表時(shí)間：2024-11-12 17:44:45

對(duì)于計(jì)劃將這些系統(tǒng)作為其整體業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)一部分的現(xiàn)代公司來說，了解構(gòu)成慣性導(dǎo)航系統(tǒng) (INS) 的組件和流程至關(guān)重要。慣性系統(tǒng)的硬件、固件和實(shí)現(xiàn)是慣性導(dǎo)航領(lǐng)域和慣性測(cè)量單元中最重要的三個(gè)組件。以下是現(xiàn)代企業(yè)慣性系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)：

? 硬件：您需要考慮的傳感器的質(zhì)量、數(shù)量和成本的正確組合。

? 固件：過濾和數(shù)據(jù)混合/處理對(duì)于準(zhǔn)確和高性能系統(tǒng)至關(guān)重要（這些不是公司之間的標(biāo)準(zhǔn)）。

? 實(shí)施：通常是選擇 INS 時(shí)考慮最少的部分，但可以說是最重要的部分。您的支持的文檔、質(zhì)量和能力可能是按時(shí)、按預(yù)算發(fā)布產(chǎn)品的關(guān)鍵。

關(guān)于 INS 您需要了解的一切

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算設(shè)備相對(duì)于特定參考點(diǎn)或固定坐標(biāo)的位置。在機(jī)器人和自動(dòng)化領(lǐng)域，INS 系統(tǒng)實(shí)施管理橫滾和俯仰，并監(jiān)控和維護(hù)航向、位置和速度。這需要各種組件必須協(xié)同工作才能創(chuàng)建自主機(jī)器人和導(dǎo)航系統(tǒng)。

為了讓機(jī)器人系統(tǒng)能夠自主移動(dòng)，它需要清楚地知道自己在哪里、指向哪條路、要去哪里，并最終知道如何到達(dá)那里。這一切都從硬件組件開始。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分

INS 系統(tǒng)由三個(gè)基本組件組成：

? 硬件

? 固件或軟件

? 執(zhí)行

人們?cè)跍?zhǔn)備決定哪種 INS 最適合他們的產(chǎn)品時(shí)應(yīng)該考慮其中的每一項(xiàng)。

自主系統(tǒng)中的慣性導(dǎo)航硬件

用于通過 INS 系統(tǒng)創(chuàng)建自主導(dǎo)航的硬件組件包括以下部分或全部元素：

慣性傳感器

? 加速度計(jì)用于測(cè)量安裝它們的設(shè)備的加速度和相對(duì)速度。通過測(cè)量設(shè)備速度及其加速度的變化，加速度計(jì)對(duì)于確定設(shè)備在不同點(diǎn)的位置至關(guān)重要。

? 陀螺儀是物理傳感器，可確定特定物體或設(shè)備相對(duì)于特定慣性參考系的角位置和運(yùn)動(dòng)。需要這些設(shè)備來確定設(shè)備相對(duì)于其他參考點(diǎn)和慣性系的準(zhǔn)確姿態(tài)。

? 磁力計(jì)是檢測(cè)磁場(chǎng)的傳感器。它們用于為設(shè)備、機(jī)器人和系統(tǒng)提供導(dǎo)航參考點(diǎn)。

? 連接到全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（通常稱為GNSS）的 GPS 接收器向慣性系統(tǒng)提供有關(guān)其位置和位置的附加信息?？梢蕴砑犹炀€以使自治系統(tǒng)更容易地訪問 GNSS 網(wǎng)絡(luò)。

? 微處理器運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行所需的固件。如果需要，內(nèi)部存儲(chǔ)設(shè)備會(huì)記錄系統(tǒng)在運(yùn)行期間的移動(dòng)、位置和活動(dòng)。

外形尺寸

設(shè)備通常是為受保護(hù)或惡劣的環(huán)境而生產(chǎn)的。在可以保護(hù)傳感器免受環(huán)境影響的情況下，它可以是無殼的，提供最小的可用占地面積。當(dāng)安裝在無人機(jī)等設(shè)備上時(shí)，它需要一個(gè)“堅(jiān)固耐用”的外殼，通常是鋁制外殼。

慣性測(cè)量單元 (IMU)將微機(jī)電系統(tǒng)、陀螺儀、磁力計(jì)和加速計(jì)集成到一款可用于管理機(jī)器人導(dǎo)航的便捷設(shè)備中。姿態(tài)和航向參考系統(tǒng) (AHRS)它將 IMU 的功能與檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)相對(duì)于其他固定參考點(diǎn)的姿態(tài)并對(duì)其采取行動(dòng)的能力相結(jié)合。最后，GPS 天線提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)，為設(shè)備提供導(dǎo)航功能。此外，人們可能會(huì)選擇“雙羅盤”裝置，以在獲得航向時(shí)提供免受磁干擾的保護(hù)。這提供了更快的“修復(fù)”，使您的設(shè)備能夠更快地啟動(dòng)和運(yùn)行。所有這些（IMU、AHRS、GNSS）共同構(gòu)成了慣性導(dǎo)航系統(tǒng) (INS)

2-00

選擇最具成本效益的慣性測(cè)量裝置

在考慮慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件采購(gòu)時(shí)，有幾個(gè)因素將對(duì)這些慣性測(cè)量單元導(dǎo)航工具的成本和有效性產(chǎn)生重大影響：

? 光纖陀螺儀減少了精確讀數(shù)所需的傳感器數(shù)量。然而，這些設(shè)備的單個(gè)成本要高得多（有時(shí)高達(dá) 100 倍）。更高質(zhì)量的陀螺儀和其他硬件組件可提高精度并減少漂移。

? 加速度計(jì)、陀螺儀、GPS 系統(tǒng)和磁力計(jì)的低成本組合通?？梢詾樵诜忾]環(huán)境中運(yùn)行或不需要精確管理位置和導(dǎo)航任務(wù)的系統(tǒng)提供足夠的導(dǎo)航提示。這些傳感器中的每一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，有助于糾正和抵消單個(gè)傳感器的錯(cuò)誤。在這種情況下，整體大于部分之和——這一切都?xì)w功于傳感器融合（接下來討論）。

對(duì)于大多數(shù)公司來說，這種低成本傳感器的組合可以滿足其項(xiàng)目的性能和成本需求。在平衡成本和性能時(shí)找到最佳點(diǎn)將確保您部署最具成本效益的慣性測(cè)量單元和滿足公司特定需求的最佳解決方案。

慣性導(dǎo)航固件

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中使用的固件由兩個(gè)基本元素組成：

? 傳感器融合固件允許將來自所有硬件傳感器的數(shù)據(jù)傳送到處理單元。這會(huì)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為設(shè)備內(nèi)部微處理器可以讀取和理解的形式。

? 卡爾曼濾波器對(duì)于傳感器的數(shù)據(jù)處理精度是必需的，但在購(gòu)買傳感器時(shí)并不總是包含在內(nèi)。當(dāng)它提供時(shí)，它作為專有程序提供，并且通常對(duì)于硬件設(shè)置和設(shè)計(jì)它的公司來說是唯一的?？柭鼮V波器用于消除不相關(guān)信息，也稱為噪聲。通過減少噪聲并提供相關(guān)數(shù)據(jù)，卡爾曼濾波可以更有效地利用計(jì)算資源來管理自主系統(tǒng)的導(dǎo)航活動(dòng)。

成功過濾數(shù)據(jù)的一些最重要的因素包括數(shù)據(jù)收集和交付的方式以及信息的記錄和記錄，特別是在最初實(shí)施期間，為確定可以改進(jìn)的領(lǐng)域提供額外的幫助。用戶友好的界面和系統(tǒng)的可視化速度也是決定項(xiàng)目整體成功的關(guān)鍵因素。

INS 實(shí)施

慣性導(dǎo)航項(xiàng)目的實(shí)施過程通常需要最大程度的資源投入和成功所需的時(shí)間。此過程的一些關(guān)鍵組成部分包括以下步驟：

INS 范圍界定階段：

? 評(píng)估 INS 市場(chǎng)中的可用選項(xiàng)

? 確定自主導(dǎo)航項(xiàng)目所需的傳感器類型

? 評(píng)估慣性導(dǎo)航公司提供您所需結(jié)果的能力

INS實(shí)施流程：

? 傳感器和固件文檔的質(zhì)量和完整性

? 傳感器支持人員的知識(shí)、專業(yè)知識(shí)和可用性

? 您所需的系統(tǒng)與傳感器提供的兼容性

? 將控制系統(tǒng)與傳感器數(shù)據(jù)集成

在決定與哪家 INS 制造商簽訂合同時(shí)，應(yīng)合理研究并確定上述各項(xiàng)。理想情況下，您會(huì)找到一個(gè)具有適合您公司需求的硬件、固件和實(shí)施流程的傳感器，所有這些都在一個(gè)成本結(jié)構(gòu)內(nèi)，使您的自主機(jī)器人系統(tǒng)盈利且高性能。所有這一切都是我們自己無恥的插頭的一個(gè)偉大的賽格威。