Аннотация

Аннотация: Одним из вариантов проектирования навигационной системы мобильного робота является использование бесплатформенной навигационной системы (БИНС) с механизмом коррекции по нулевой скорости (Zero-velocity Update – ZUPT). Данный подход может обеспечивать хорошую точность навигации мобильного робота при сильно зашумлённых измерениях. В методах пешеходной навигации у БИНС отсутствует связь с системой управления (СУ) объекта навигации, что обуславливает сложности в применении метода ZUPT-коррекции. В роботах же СУ присутствует, поэтому БИНС может получать явную информацию о динамическом состоянии объекта, что многократно увеличивает вероятность верного определения фазы покоя. В основе предлагаемого алгоритма работы БИНС лежат три базовых принципа: математическая модель робота как динамической системы основана на законах классической механики Ньютона; использование расширенного фильтра Калмана (Extended Kalman Filter – EKF) для комплексирования данных и оценки состояния системы; применение метода коррекции навигационных данных ZUPT для уменьшения ошибки определения координат и ориентации объекта. Выполнение ZUPT-коррекции предполагает решение задач детектирования момента остановки (нулевой скорости) робота и непосредственно коррекции параметров состояния робота. Для детектирования нулевой скорости предлагается использовать сигнал от СУ робота об остановке. После достоверного определения момента остановки производится коррекция вектора состояния робота и корректировка ковариационной матрицы состояния. В работе представлен алгоритм функционирования БИНС мобильного робота и функциональная схема БИНС. Для проверки работоспособности алгоритма работы БИНС мобильного робота разработан измерительный модуль БИНС робота, в состав которого входят сенсоры низкого класса точности. Приведены результаты экспериментальных исследований синтезированного алгоритма работы БИНС, проведённых с использованием разработанного измерительного модуля, для движения и навигации мобильного робота по разным траекториям. В ходе экспериментальных исследований выяснено, что разработанный алгоритм при использовании измерений с разработанного измерительного модуля позволяет определять местоположение робота с ошибкой, не превышающей 5% от длины пройденного пути.