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技术猿 | 室外移动机器人组合的导航定位系统设计

本文以低功耗MSP430F149为核心,设计了能够同时实现卫星导航(GNSS)接收机、惯性测量单元(IMU)、气压高度等导航信息的高速采集与高速合路传输,并进行初步导航定位信息融合的导航系统,即可为室外移动机器人提供直接的导航服务...IMU数据接收与解析功能用来获取导航解算中需要的加速度和角速度信息;GNSS数据接收与解析功能用来获取导航解算中需要的位置和速度信息(松耦合组合)或者GNSS伪距和伪距率(紧耦合组合);气压计数据接收与解析功能用来获取高度信息...3.4 组合导航的时间对准 进行组合导航滤波解算时,从IMU和GNSS接收机接收到的数据在时间上应该是同步的,因为如果在一个数据融合点上,进入Kalman滤波器的来自两个子系统中的数据来自不同的时间点...另外PPS脉冲信号和惯性测量信号之间的时间差△τ,它描述GNSS绝对时间和IMU相对时间之间的关系,使得GNSS和IMU统一在同一个时间标准下。...通过时间△T就可以获得对准时间点与最近的两个惯性采集时刻,其后对时间同步点两侧时间点上,即图中t(k-1)和t(k)时间点的惯性数据进行线性插值运算,就可以获得了惯导数据和GNSS接收机数据在同一时间点上的同步化测量数据

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IMU模块中的一些基本概念和常见问题

)和IMU(惯性测量单元),9轴模块可以构成AHRS(航姿参考系统) IMU: 惯性测量单元,可以输出加速度和角速度。...当模块运动时,加速度计测量的不仅仅只有重力,还有其他运动加速度(有害加速度),所以模块运动中是不能用重力矢量作为参考修正俯仰横滚角的。...GNSS: 全球卫星定位系统,GPS,北斗,格洛纳斯等系统的总称,每一个系统叫做一个"星座" GNSS/INS: 卫星/惯导组合导航系统 以下是正式定义:(不感兴趣可以不看了) IMU 惯性测量单元(Inertial...但地磁场很微弱,经常受到周围带磁物体的干扰,所以如何在高机动情况下抵抗各种磁干扰成为AHRS研究的热门。...下图是组合导航系统的一个基本的框图,它以加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计、GNSS等作为基本输入,利用融合算法输出用户所需要的姿态信息、位置信息以及速度信息。 ? 模块可以积分计算速度和位置么?

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    一文带你搞懂 sensor 传感器

    先区分 SOC 和 MCU: MCU:Micro Control Unit,微控制单元,如 STM32 单片机。...陀螺仪的用途也非常多,比如数码照相防抖,以及配合加速度计(有的还有磁传感器或者GPS等)形成的融合传感器来完成更高级的功能(如惯性导航)。...6、气压计传感器 气压计主要是由一个真空盒式气压传感器,靠气压导致真空盒形变,上下两块电容板距离改变,电容改变来测量大气压值。...7、湿度计传感器 主要原理是把空气中的温湿度通过一定检测装置,测量到温湿度后,按一定的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出,从而来检测出当时的温度值。...从而获得空气中单 位体积内PM2.5的质量数据。PM2.5传感器主要用于嵌入各种细微颗粒物浓度相关的仪器仪表、环境改善设备,如空气净化器。

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    智能手机中的传感器

    加速度计 气压计 指纹传感器 陀螺仪 地磁传感器 霍尔传感器 心率传感器 虹膜传感器 压力传感器 距离传感器 RGB光线传感器. 这么多的传感器,它们都分布在手机的哪个位置呢?...刚刚已经在s9外观可见部分找到了下面几种传感器(划掉项): 加速度计 气压计 指纹传感器 陀螺仪 地磁传感器 霍尔传感器 心率传感器 虹膜传感器 压力传感器 距离传感器 RGB光线传感器....IMU【注:惯性测量单元】(STM) Low-Band PAMiD-TWFA(murata) (Photo = System Plus Consulting) 출처 : 온라인 디지털 경제미디어 키뉴스...GNSS GNSS的全称是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System),它是泛指所有的卫星导航系统,包括全球的、区域的和增强的,如美国的GPS、俄罗斯的Glonass...可运用在定位、测速、测量距离与导航等用途。 结语 手机上常用的传感器,大概就是这么几种。传感器的种类和性能,在一定程度上决定了智能手机的价值,就像是前一阵子微博上一个话题:三星手机贵的原因 ?

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    导航系统中里程计研究综述

    视觉惯性里程计方法也可以从两个具体方面进行研究,即它们是基于滤波/优化还是紧密/松散耦合。滤波/优化是数据预处理的主要方法,紧密/松散耦合是相机和惯性测量数据融合的阶段。...VO视觉里程计的一般流程 05 视觉-激光里程计 视觉-激光雷达里程计融合了视觉和激光雷达里程计,克服了激光雷达的局限性,如运动失真和不显著的环境(如高速公路),以及视觉里程计,如漂移和低纹理环境。...在文献中,作者提出了一种无人机定位系统,通过融合来自五个主要传感器(即雷达、摄像机、惯性测量单元、气压计和磁强计)的测量值来精确估计前进速度。所有传感器通过扩展卡尔曼滤波器以松耦合的方式进行融合。...07 雷达-惯性里程计 为了获得精确的运动估计结果,一些方法将雷达数据与IMU测量数据以松耦合或紧耦合的方式融合。将雷达和IMU数据融合到扩展卡尔曼滤波器(EKF)中,以估计飞机的状态。...此外,根据测量值融合的时间,它可以分为松耦合和紧耦合。此外,还有各种摄像机设置,例如单眼、立体、RGB-D和全向摄像机;以及从捕获图像中提取关键信息的不同方法,如基于特征的、直接的和混合的方法。

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    导航系统中里程计研究综述

    视觉惯性里程计方法也可以从两个具体方面进行研究,即它们是基于滤波/优化还是紧密/松散耦合。滤波/优化是数据预处理的主要方法,紧密/松散耦合是相机和惯性测量数据融合的阶段。...VO视觉里程计的一般流程 05 视觉-激光里程计 视觉-激光雷达里程计融合了视觉和激光雷达里程计,克服了激光雷达的局限性,如运动失真和不显著的环境(如高速公路),以及视觉里程计,如漂移和低纹理环境。...在文献中,作者提出了一种无人机定位系统,通过融合来自五个主要传感器(即雷达、摄像机、惯性测量单元、气压计和磁强计)的测量值来精确估计前进速度。所有传感器通过扩展卡尔曼滤波器以松耦合的方式进行融合。...07 雷达-惯性里程计 为了获得精确的运动估计结果,一些方法将雷达数据与IMU测量数据以松耦合或紧耦合的方式融合。将雷达和IMU数据融合到扩展卡尔曼滤波器(EKF)中,以估计飞机的状态。...此外,根据测量值融合的时间,它可以分为松耦合和紧耦合。此外,还有各种摄像机设置,例如单眼、立体、RGB-D和全向摄像机;以及从捕获图像中提取关键信息的不同方法,如基于特征的、直接的和混合的方法。

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    在毫米波雷达里程计中是否需要扫描帧匹配?

    特别是4D雷达在低能见度条件(如灰尘、烟雾)下进行目标感知和导航变得越来越有趣,而在这些条件下激光雷达和摄像头通常会失效。...令人惊讶的是,使用直接融合基于多普勒的雷达自身速度和由惯性测量单元(IMU)提供的方向的最简单方法,我们发现这个实验结果对于设计上述应用的定位和地图构建系统是有用的,并值得在机器人学界进一步研究。...扩展卡尔曼滤波器融合 与直接多普勒+IMU融合相比,使用EKF可以更加原则地处理传感器测量中的噪声,并提供姿态置信度估计,在使用Doer和Trommer的代码,该实现将他们的3-点RANSAC-LSQ自身运动估计与惯性和气压测量结合在一起...在这种情况下,该算法以大约100毫秒的延迟应用传入的自身运动测量,这可能会影响状态估计的质量,特别是在高度动态运动过程中。 此外由于我们的传感器装置缺乏气压计测量,我们省略了气压计测量。...另一方面得益于Sensrad Hugin雷达中高度准确的多普勒速度测量,最简单的传感器融合方法IMU+多普勒在矿山和森林实验中仅达到0.3%的位置漂移。

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    ICRA 2021| 具有在线校准功能的高效多传感器辅助惯性导航系统

    摘要:在本文中,我们设计了一种多功能多传感器辅助惯性导航系统 (MINS),可以有效地融合 IMU、相机、车轮编码器、GPS 和 3D LiDAR 的多模态测量以及在线时空传感器校准。...因此,在这项工作中,我们开发了一种高效的多传感器辅助惯性导航系统 MINS,一种由多模态传感器辅助的 INS,包括相机、车轮编码器、GPS 和 3D LiDAR,同时在线校准所有涉及的传感器考虑到它们的异步性质...II 相关工作 MSF-EKF [6] 是第一个将来自 IMU、相机、GPS 和压力传感器的通用相对和绝对测量相融合的在线空间外参校准。整个处理时间以几百毫秒为界。...formulation融合 IMU、相机、GPS、磁力计和气压计。...GPS Measurement Model 除了视觉/车轮测量更新,每当 ENU 框架 {E} 中的新 GPS 测量可用时,我们使用它来更新状态,如 [2]。

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    基于EEG-EMG混合控制方法的研究—生物机器人应用:现状、挑战与未来方向(二)

    有几种方法可以用来对生物机器人应用中的脑电-肌电混合控制方法进行分类,如特定的应用/设备(如假肢、外骨骼、轮椅)或输入处理方法。...有报道称,这种将肌肉和大脑信号融合为混合BCI的尝试,根据用户的可用性和可靠性,将肌电图和脑电图并行使用在一个手动控制任务中,通过16个脑电通道测量脑电信号,记录右、左前臂屈伸四个通道的肌电活动。...基于肌电图和脑电图的分类器输出,在第一种方法中,使用等平衡的融合权值来组合肌电和脑电分类器的输出;在第二种方法中,对贝叶斯融合方法进行了测试。...在本研究中,以脑电、肌电图及惯性感测器讯号为基础,产生驱动全自动穿戴机器人的控制讯号,这种情况下使用的混合融合方法可以归类为序列融合方法。...一旦被发现,肌电图信号就被用来识别震颤的发作,最后,利用惯性测量装置(IMU)跟踪震颤的发生参数。

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    MEMS前途无量,中国MEMS产业来日方长

    典型的 MEMS 由传感器、信息处理单元、执行器和通讯/接口单元等组成。输入信号是物理信号,通过传感器转换为电信号,经过信号处理(模拟的或/和数字的)后,由执行器与外界产生作用。...每一个微系统可以采用数字或模拟信号(电、光、磁等物理量) 与其他的微系统进行通信。 ?...医疗电子位居第二,占比 28.1%,归功MEMS在临床监测中的广泛应用,如心电图患者监测和脑电图测量;成像应用,如CT成像和数字 X 射线。...手机、智能音箱、可穿戴设备等消费类电子产品的带动,市场占比均超过10%;然后惯性传感器(如加速度计、陀螺仪、磁力计和 惯性组合传感器),市场占比9%,其在汽车电子当中的应用(如电子稳定控制 (ESC)...目前人工智能领域的边缘计算、计算机视觉和传感器融合技术正在各个行业落地应用,支撑创新服务发展;企业对于应用边缘计算、计算机视觉和传感器融合技术在无人驾驶、智能安防、车联网等领域的应用需求正日益高涨。

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    基于稀疏惯性传感器的实时人体动作捕捉 | SIGGRAPH 2021

    该工作由清华大学徐枫团队完成,使用仅6个惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)进行实时人体动作捕捉,实现了三维人体姿态和全局运动的估计。...为了使普通消费者也可以随时随地进行动作捕捉,本文提出了一个基于6个惯性测量单元的实时动捕系统。...惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)存在于可穿戴智能设备(如智能手表、手环、眼镜、耳机)中,手机等电子设备也都内置了 IMU,而且随着智能可穿戴设备的发展IMU将会非常普及...在基于网络求解的分支中,本文使用一个单向循环神经网络直接从估计出的全身关节坐标和惯性测量值预测出根节点在相邻两帧之间的本地(根节点坐标系中的)位移,并利用根节点的旋转变换到世界坐标系中。...本文使用多阶段姿态预测和物理——网络融合方法求解全局运动,使得系统在现有工作中具有最高的准确性、时间一致性和运行时性能,并首次实时解决了基于稀疏惯性传感器的全局运动估计问题。

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    让机器人的触觉感官更灵敏、稳定、高效,腾讯Robotics X在传感器上火力全开

    导电纳米材料(碳纳米管)与聚合物弹性体(如聚氨酯等)二者合成的压阻薄膜(PRF)是压力传感器的首选材料之一,但在实践中因材料融合问题导致 PRF 灵敏度较低。...柔性电容式触觉传感器:实现传感器 - 软机器人无缝集成 机器人、假肢和其他机器在配备电子皮肤或柔性压力传感器时能够获得感官功能,通过引入新的设计(如界面微结构)或者将导电填料掺杂到介电层中,此类器件的性能得到显著改善...表明电容增大一部分是由介电层电学性能变化贡献的。 为了进一步阐明压力传感机制,研究者通过微结构界面的变形仿真,并使用图 III-3 e 展示的简化电路模型计算了单个单元的电容。...辅助以高分子聚集态结构调控策略,在不同功能层的界面之间,通过小分子扩散,引入原位聚合的交联拓扑网络粘结层,制备的一体式粘合封装柔性压力传感器,在如汽车碾压极端工况下(~300 kPa 压应力和~ 6 kPa...导电、介电功能层间形成了坚固而牢靠的融合界面,实现了多材料、多结构界面的共融构筑。

    97610

    基于RGB-D惯性场景流的相机运动估计

    我们的目标是准确估计刚性3D环境中的相机运动,以及惯性测量单元(IMU)的状态。我们提出的方法具有灵活性,可以作为多帧优化运行,或者边缘化旧数据,从而有效地利用过去的测量结果。...另一方面,大多数商业移动设备都配备了惯性测量单元(IMU),这些设备可以在动态轨迹中提供大量信息,但如果不同其他信息融合,由于噪声的影响会表现出较大的漂移。...据我们所知,这是第一次将惯性数据与RGB-D测量融合在一起,用以基于光流估计相机运动。 具体来说,我们提出了一种紧耦合的优化方法,通过最小化预积分的惯性残差和范围约束。...IMU模型与运动整合 4.1 惯性预积分 惯性测量单元(IMU)通常由一个加速度计和一个三轴陀螺仪组成,它测量传感器在机体参考系 中的角速度 和线性加速度 。我们将时间k时的IMU测量表示为 和 。...我们使用预积分惯性残差,如Forster等人所提出的。

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    视觉惯性导航系统初始化方法综述

    由于视觉传感器与惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)具有较好的互补关系,近年来,加入IMU的视觉惯性SLAM(visual inertial SLAM,VI-SLAM...通过融合视觉信息与IMU测量数据,可以对IMU Bias进行求解,以降低其对系统状态估计的影响。 3)系统外参:系统外参指相机坐标系与IMU坐标系之间的变换矩阵。...因此,VINS状态估计中IMU测量值与视觉信息之间的融合方式在VINS初始化中同样适用。随着IMU预积分算法的提出与完善,2016年以来,新提出的初始化方法基本上都基于预积分推导而来。...该半联合初始化方法可分为两步: ①基于SfM方法和陀螺仪测量数据,分别获得相机坐标系与IMU坐标系中的系统旋转状态,并在此基础上求解获得系统外参旋转分量; ②基于预积分公式和特征点重投影误差,构造初始化线性优化损失函数...例如在文献[29]中,作者在仿真环境下,通过设置不同的加速度计Bias进行初始化测试。测试结果表明,加速度Bias对初始化结果影响并不大。

    90940

    用于智驾车辆的相机-IMU外参监控

    摘要 传感器外参标定的高度准确性对于多个传感器的数据融合至关重要,例如相机和惯性测量单元(IMU)传感器套件。...在融合相机图像和IMU数据时,自动驾驶车辆行驶在道路上。由彩色三角形表示的相机和IMU之间的外参在受到环境的外部干扰时发生改变。...我们不是在物理空间中测量错误,而是通过融合IMU数据,以图像空间中相应特征的不匹配来表征传感器校准质量。通过这样做避免了稠密的图像重建成本。...系统框架 从IMU数据构建基本矩阵 如何从惯性测量单元(IMU)的数据中构建基本矩阵。...我们注入0.09°的角度误差和0.9厘米的平移误差。图5说明了在人工设置的相机到IMU位移响应中,三个误差度量如何变化。

    28910

    FX3U-4AD模拟量输入模块实战指南,轻松读取模拟量!

    该模块的主要功能是将来自各类传感器(如温度传感器、压力传感器、流量传感器等)输出的模拟量电压或电流信号转换为数字信号,便于PLC进行后续的处理和控制。...参数设置 ■编程设置: FX3U系列PLC仅支持通过编程软件(如GX Works2或GX Developer)对FX3U-4AD模块进行参数设置,不支持直接手动设置。...■滤波设置: 根据实际应用需求,如遇到数据波动大、有偏差等情况,可通过设置模块的滤波时间等参数来消除信号噪声,提高测量精度。...实际操作示例 程序编写 ■启动模拟量转换: 在GX-WORKS2中编写程序,首先启动模拟量转换允许功能。设置通道1的量程为-10V+10V,分辨率为-10000+10000。...通过对比实际测量值与程序输出值,验证程序的正确性和准确性。

    14600

    技术贴:开源飞控那些事

    APM基于Arduino的开源平台,对多处硬件做出了改进,包括加速度计、陀螺仪和磁力计组合惯性测量单元(IMU)。由于APM良好的可定制性,APM在全球航模爱好者范围内迅速传播开来。...与所有开源飞控不同,它不需要GPS融合或者磁场传感器参与修正,就能保持长时间的姿态控制。以上所有功能全部使用一个固件,通过设置便可更改飞机种类、飞行模式、支持云台增稳等功能。...该电调还支持转速闭环,并且能够针对电机进行详细调参,这些功能都是传统航模电调不能比拟的。...光电码盘可用来测量无人机的转动角度,测速电机可用来测量无人机的角速度,测速计可用来测量无人机的速度,但是以上各种测量手段均不能单独同时测量无人机的线运动和角运动,而惯性导航就可做到这一点。...因此开发人员想到了Kalman滤波算法,利用该算法,可以将来自惯性导航系统与其他导航装置的数据(如惯性导航系统计算的位置对照GPS接收机给出的位置信息)加以混合利用,估计和校正未知的惯性导航系统误差。

    2.2K20

    基于单片机设计的大气气压检测装置(STC89C52+BMP180实现)

    在这个设计中,STC89C52作为主控芯片,其强大的功能和广泛的应用,特别是丰富的外设资源和稳定可靠的性能,使得它能够与BMP180模块通信,从而获取精确的大气气压数据。...(4)循环运行:在主程序中设置一个循环,使系统能够实时更新气压值,并将其显示在LCD1602上。可以根据需要设置采样率和刷新频率。...(7)应用领域:BMP180 模块适用于许多应用领域,如气象测量、高度计、室内导航系统、气压计算设备等。它在无人机、天气站、汽车导航和气象预报等领域具有广泛的应用。...BMP180 是一种功能强大的集成数字大气压力传感器模块,具有高精度测量、低功耗和数字接口等特点,适用于多种大气压力和温度测量应用。...通过这个项目,实现了以下功能:初始化设置、气压数据读取、温度计算、显示功能以及实时更新。这些功能的结合使得我们能够准确地监测和显示大气压力的变化。

    56110

    VINS-Mono阅读先导篇

    单目视觉惯性系统(VINS)由相机和低成本惯性测量单元(IMU)组成,构成了公制六自由度(DOF)状态估计的最小传感器套件。...然而,缺乏直接距离测量在IMU处理、估计器初始化、外在校准和非线性优化方面提出了重大挑战。在这项工作中,介绍了VINS-Mono:一种坚固耐用且多功能的单目视觉惯性状态估计器。...方法从用于估计器初始化和故障恢复的强大过程开始。使用基于紧密耦合的非线性优化方法,通过融合预先集成的IMU测量和特征观察来获得高精度的视觉惯性里程计。...在公共数据集和实际实验中验证了我们系统的性能,并与其他最先进的算法进行了比较。还在MAV平台上执行机载闭环自主飞行,并将算法移植到基于iOS的演示中。...roslib是所有ROS客户端库和工具的基础依赖。它包含了常见的工具,如消息和服务的生成器,以及常见的消息定义,如Header和Log。它还包含了ROS Python节点和工具的通用路径启动代码。

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    LIR-LIVO:一种轻量级、鲁棒的激光雷达视觉惯性里程计,具备对光照变化具有适应性的深度特征

    该系统在测量层级通过迭代卡尔曼滤波(Iterative Kalman Filter, IKF) 紧密融合激光雷达、视觉和惯性数据,其中激光雷达点云提供精确的视觉特征深度信息。...扫描重组(Sweep Recombination) 为了在多传感器融合系统中实现LiDAR 和相机数据的精准同步,本方法采用扫描重组技术。...所提出视觉前端的性能表现 状态更新模型 在我们的系统中,状态更新过程主要依赖于 IMU 测量的融合。相机、LiDAR 和 IMU 之间的外参和时间偏移都已经预先标定,而相机的内参也已标定。...完成 LiDAR 测量更新后,LiDAR 点会通过外参转换到相机坐标系,为后续的视觉测量更新做准备。 2....此外,在 R3LIVE 中,我们禁用了相机的实时在线内外参估计,以保证所有方法在同样的设置下进行比较。

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