Калибровка одометрических параметров в задачах навигации и автоматического управления движением беспилотной сельскохозяйственной техники

Представлены методика, модели и алгоритмы калибровки параметров инструментальных и геометрических погрешностей одометра и датчика угла поворота (ДУП) рулевого механизма наземных колесных машин, в частности сельскохозяйственных. Калибровка одометрических параметров осуществляется с использованием показаний инерциальных датчиков низкого класса точности, а также информации от приемника сигналов глобальной спутниковой навигационной системы (ГНСС), при ее наличии. Одометрические параметры включают погрешность масштабного коэффициента одометра, несоосности приборных осей бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) и „измерительной“ оси одометра по каналам курса и тангажа, смещение нулевого сигнала и погрешность масштабного коэффициента ДУП рулевого механизма машины. Задача калибровки рассматривается для двух вариантов конструктивных компоновок сельскохозяйственных машин: классической и шарнирно-сочлененной. Приведены результаты применения методики и алгоритмов в натурных экспериментах, а также результаты ковариационного анализа оцениваемости одометрических параметров в зависимости от характера движения объекта. Предложенные подходы проверены на представительном составе имитационных и реальных данных и применяются на многих сельскохозяйственных машинах: тракторах, комбайнах, самоходных косилках и самоходных опрыскивателях.

1. Gao J., Petovello M., Cannon E. Integration of Steering Angle Sensor with Global Positioning System and Micro-Electro-Mechanical Systems Inertial Measurement Unit for Vehicular Positioning // Journal of Intelligent Transportation 2008. Systems. N 12. P. 159–167. DOI:10.1080/15472450802448138.

2. Bohlmann K., Marks H., Zell A. Automated odometry self-calibration for car-like robots with four-wheel-steering // IEEE Intern. Symp. on Robotic and Sensors Environments, ROSE. 2012. P. 168–173. DOI: 10.1109/ROSE.2012.6402609.

3. Galasso F., Rizzini D.R., Oleari F. et al. Efficient calibration of four wheel industrial AGVs // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2019. N 57. P. 116–128. DOI: 10.1016/j.rcim.2018.11.005.

4. Zhang Z., Niu X., Tang H. et al. GNSS/INS/ODO/wheel angle integrated navigation algorithm for an all-wheel steering robot // Measurement Science and Technology. 2021. N 32. DOI: 10.1088/1361-6501/ac17fb.

5. Polack P., Altché F., Novel B. et al. The kinematic bicycle model: A consistent model for planning feasible trajectories for autonomous vehicles? // IEEE Intelligent Vehicles Symp. (IV). 2017. P. 812–818. DOI: 10.1109/IVS.2017.7995816.

6. Min H., Wu X., Cheng C. et al. Kinematic and Dynamic Vehicle Model-Assisted Global Positioning Method for Autonomous Vehicles with Low-Cost GPS/Camera/In-Vehicle Sensors // Sensors. 2019. N 19. P. 5430. DOI: 10.3390/s19245430.

7. Иоффе М. Л. Принцип Аккермана и его реализации в современных автомобилях // Изв. вузов. Машиностроение. 2021. N 9. C. 40—47. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-9-40-47.

8. Zhao J.-S., Liu Z.-J., Dai J. Design of an Ackermann Type Steering Mechanism // Journal of Mechanical Engineering. Science. 2013. N 227 (11). P. 2549–2562. DOI: 10.1177/0954406213475980.

9. Delrobaei M., McIsaac K. Design and Steering Control of a Center-Articulated Mobile Robot Module // Journal of Robotics. 2011. DOI: 10.1155/2011/621879

10. Голован А. А., Никитин И. В. Задачи интеграции БИНС и одометра с точки зрения механики корректируемых инерциальных навигационных систем. Часть 2 // Вестн. Московского университета. Сер. 1. Математика. Механика. 2015. № 4. С. 101–105. DOI: 10.3103/S0027133015040056.

11. Wu Y., Goodall C., El-Sheimy N. Self-calibration for IMU/Odometer Land Navigation: Simulation and Test Results // Proc. of the Intern. Technical Meeting of the Institute of Navigation, San Diego, CA. 2010. P. 839–849.

12. Wang Q., Yan P., Jiang J. et al. Online Estimation of the Mounting Angle and the Lever Arm for a Low-Cost Embedded Integrated Navigation Module // Remote Sensing. 2024. N 16 (16). P. 3064. DOI: 10.3390/rs16163064.

13. Парусников Н. А., Вавилова Н. Б., Голован А. А. Математические основы инерциальных навигационных систем. М.: Изд-во МГУ. 2020.

14. Голован А. А. Интеграционное решение „БИНС–одометр“: позиционный вариант // Гироскопия и навигация. 2021. № 2 (113). C. 110–125. DOI 10.17285/0869-7035.0066.