基于ARM的移动机器人组合导航系统设计与实现.pdf

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1、102传感器与微系统(FransducerandMicrosystemTechnologies)2013年第32卷第2期基于ARM的移动机器人组合导航系统设计与实现曹超，马磊，赵舵，李应(西南交通大学电气学院，四川成都610031)摘要：为了实现室外自主移动机器人的导航定位需求，利用微惯性测量单元(MIMU)和全球卫星定位系统(GPS)接收机，设计并实现了一种基于ARMCortexM4内核的SINS／GPS组合导航系统。详细介绍了系统硬件组成、软件结构，并在此基础上实现了Kalman滤波的SINS／GPS组合导航算法。将该组合导航系统安装于旅行者II移动机器人，采用差分GPS对组

2、合导航系统性能进行评估。实验结果表明：该系统具有较高的精度，达到了设计要求，具有良好的实用性。关键词：ARM；微惯性测量单元；组合导航；卡尔曼滤波中图分类号：TP242．6文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)02-0102-03一Desi‘~nandilmplementationofImobileroboti‘nte~gratednavigationsystembasedonARMCAOChao，MALei，ZHAODuo，LIYing(SchoolofElectricalEngineering，SouthwestJiaoTongUniversity，Cheng

3、du610031，China)Abstract：Inordertorealizerequirementofoutdoorautomobilerobotnavigationpositioning，addressesanARMCortexM4一basedintegratednavigationsystemisdesignedandrealizedwithmicroinertialmeasurementunit(MIMU)andGPSreceiver．Hardwareconfigurationandsoftwareareintroducedindetail，andKalmanfilte

4、risusedtoimplementSINS／GPSintegratednavigationalgorithm．TheintegratednavigationsystemisinstalledonthemobilerobotVoyager—IIandthesystemperformanceisevaluatedbydifferentialGPS．Theexperimentalresultshowsthatthisnavigationsystemhasgoodprecisionandpracticability，itreachesdesignrequirement．Keywords

5、：ARM；microinertialmeasurementunit；integratednavigation；Kalmanfiltering0引言度和位置(经纬度和高度)信息，惯性测量单元(IMU)可以对自主性、可靠性、精度等要求较高的室外自主移动机得到三轴角速度和加速度信息，通过积分后可得到姿态与器人运用场合，常使用多传感器组合导航系统。惯性导航速度、位置信息。室外移动机器人组合导航系统，除了考虑系统(INS)是一种能够提供全面的导航信息，完全自主的导航精度外，还考虑导航系统成本和体积重量，故INS一般导航系统，但其误差随时间不断累计。全球卫星定位系统采用成本低、体积小、质量轻

6、的微电子机械系统惯性测量单元(mirco—electromechanicalsystems—inertialmeasurement(GPS)定位范围广、精度高，误差不随时间累计，其不足之unit，MEMS—IMU)构成的捷联惯性导航系统(strap—down处在于自主性和可靠性差，信号易受外界遮挡和干扰，接收inertialnavigationsystem，SINS)。而GPS采用体积小、精度机数据更新率低。INS／GPS组合导航系统利用INS和GPS互补的特点，继承了2个独立系统的优点，被认为是导航领高的OEM板卡。根据以上原则选取硬件。1)IMUADIS16365：ADI公司

7、MEMSIMUADIS16365是域最理想的组合方式，成为当前研究热点。随着组合水平的提高，INS与GPS之间相互辅助，传递使用信息的加强，一种由三轴陀螺仪和三轴加速度计组成的六自由度惯性感组合系统的总体性能远远高于独立系统。应系统，它能够准确地测量运动物体绕三轴的角速度和加1硬件系统速度，在医疗器械，平台控制，机器人技术和导航领域有着广泛的应用。该IMU内部采样率高达819．2Hz，陀螺仪量为了实现室外移动机器的导航定位需求，需确定其精确的运动状态信息，通常包括三轴加速度信息、