一种自适应残差补偿算法在移动机器人姿态估计中的应用研究.pdfVIP

第28卷 第3期 传 感 技 术 学 报 V0I．28 No．3 2015年 3月 CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS Mar．2015 TheM obileRobotAttitudeEstimated Research Based on AdaptiveResidualCompensation Algorithms HUJiajia，ZHoUZhaihe ，sHENChao，ZHAoQingtao (CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China) Abstract：Aimingatthedatafusionfrom MEMSIMU ofatwo—wheeledmobilerobot，anadaptiveresidualcompensa． tionalgorithmsbasedontheKalmanfilterwasproposed．Itcombinestheinertialsensorerrormodelandmobilero— botposturemodeltobuildtheequationofKalmanfilter．W iththeaccelerationresidualsofKalmanfiltermeasure— mentupdate，theimpactofexternalaccelerationtowardstheattitudeestimationisadaptivelycompensated．Experi— mentalresultsshow thatthealgorithm coalescestheMEMSIMU attitudemeasuringdataefficiently，withthismeth— od．thesensorsrandom drift erroriSsuppressedandtheexternalaccelerationiSadaptivelycompensated． Keywords：datafusion；attitudeestimation；residualcompensation；MEMS IMU；mobilerobot EEACC：2575 doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2015．03．012 一 种 自适应残差补偿算法在移动机器人姿态 估计 中的应用研究 胡佳佳，周翟和 ，沈 超，赵庆涛 (南京航空航天大学 自动化学院，南京 210016) 摘 要 ：针对两轮移动机器人MEMSIMU姿态估计的数据融合问题，提出一种以卡尔曼滤波为基础的自适应残差补偿算法。 该算法结合惯性传感器误差模型与移动机器人姿态模型构建卡尔曼滤波器，利用卡尔曼滤波量测更新的加速度残差 自适应 补偿非重力载体位移加速度对姿态估计的影响。实验结果表明，该算法有效的融合了MEMSIMU姿态测量数据 ，抑制了传感 器随机漂移误差 ，同时 白适应补偿了非重力载体位移加速度。 关键词 ：数据融合；姿态估计；残差补偿；MEMSIMU；移动机器人 中图分类号：TP212．9 文献标识码 ：A 文章编号：1004-1699(2015)03-0363-04 当今社会，机器人是一种新型的生产工具，在提 力载体位移加速度对姿态估计的影响。针对以上问 高企业生产效率、减轻工人劳动强度以及在危险情况 题的研究，本文提出一种以卡尔曼滤波为基础的自适 下代替人工工作等方面具有强大的优越性 。本文所 应残差补偿算法，该算法首先利用零输入状态下低成 研究的两轮移动机器人是一种两轮共轴、独立驱动， 本MEMSIMU的误差漂移特性，建立传感器误差模 车身重心倒置于车轮轴上方的移动机器人系统 ，是机 型。然后通过加速度量测残差 自适应补偿非重力载 器人研究领域的重要分支 ¨j。该移动机器人通过