應(yīng)用范例

倉庫自動化系統(tǒng)目前使用叉車和傳送帶系統(tǒng)移動材料，以管理庫存并滿足需求。叉車需要直接人為控制，而傳送帶系統(tǒng)則需要定期維護(hù)。

為使倉庫價(jià)值最大化，許多倉庫正在進(jìn)行重新配置，從而為自主機(jī)器人平臺的應(yīng)用敞開了大門。一組機(jī)器人僅需要更改軟件、對機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行再培訓(xùn)就能適應(yīng)新任務(wù)，完全不需要實(shí)施大量工程作業(yè)來改造叉車和傳送帶系統(tǒng)。

倉庫交貨系統(tǒng)中的關(guān)鍵性能要求是機(jī)器人必須能夠保持行程模式的一致性，并且可在有障礙物移動的動態(tài)環(huán)境下安全執(zhí)行機(jī)動動作，避免人員安全受到影響。為了說明在此類應(yīng)用中MEMS陀螺儀反饋對Seekur的價(jià)值，Adept MobileRobots用實(shí)驗(yàn)方式分別展示了在不使用和使用MEMS陀螺儀反饋的情況下，Seekur維持重復(fù)路徑的性能(圖6)。應(yīng)注意，為了研究MEMS陀螺儀反饋的影響，該實(shí)驗(yàn)未采用GPS或激光掃描校正。
 

未使用 MEMS 陀螺儀反饋時(shí)的 Seekur 路徑精度

使用 MEMS 陀螺儀反饋時(shí)的 Seekur 路徑精度

比較圖6的路徑軌跡，很容易看出兩者在維持路徑精度上的差異。應(yīng)注意，這些實(shí)驗(yàn)中采用的是早期MEMS技術(shù)，支持約0.02°/s的穩(wěn)定度。目前的陀螺儀在相同的成本、尺寸和功率水平下，性能可提高兩到四倍。隨著這一趨勢的延續(xù)，在重復(fù)路徑上維持精確導(dǎo)航的能力將繼續(xù)改善，這將為開發(fā)更多市場和應(yīng)用(例如醫(yī)院標(biāo)本和補(bǔ)給品遞送)帶來機(jī)遇。

用機(jī)器人完成補(bǔ)給品護(hù)送

目前美國國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)在提案中仍強(qiáng)調(diào)更多地利用機(jī)器人技術(shù)來提升軍力。補(bǔ)給品護(hù)送便是這類應(yīng)用的一個(gè)范例，此時(shí)軍事護(hù)送隊(duì)伍暴露于敵方威脅之下，同時(shí)不得不按可預(yù)測的模式緩慢移動。精確導(dǎo)航讓機(jī)器人(如Seekur)可在補(bǔ)給品護(hù)送方面承擔(dān)更多責(zé)任，減少途中人員的暴露危險(xiǎn)。

一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)是控制GPS運(yùn)行中斷條件，此時(shí)MEMS陀螺儀駛向反饋特別有用。最新Seekur導(dǎo)航技術(shù)正是針對這一環(huán)境而開發(fā)的，它使用MEMS慣性測量單元(IMU)提高了精度，并且能在未來不斷采納地形管理和其他功能領(lǐng)域的新技術(shù)成果。

為了測試該系統(tǒng)在使用和不使用IMU時(shí)的定位性能，對室外路徑誤差進(jìn)行了記錄和分析。圖7比較了僅使用測程法時(shí)相對于真實(shí)路徑(源自GPS)的誤差與在卡爾曼濾波器內(nèi)結(jié)合使用測程法與IMU時(shí)的誤差，后者的位置精度是前者的近15倍。
 

圖7：比較僅使用測程法時(shí)（藍(lán)色）和使用測程/IMU組合法時(shí)（綠色）的Seekur位置誤差，
結(jié)果表明后一方法能夠顯著提高性能

未來發(fā)展

機(jī)器人平臺開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)，MEMS 陀螺儀技術(shù)為改善導(dǎo)航系統(tǒng)方向估算和總體精度提供了經(jīng)濟(jì)高效的方法。預(yù)校準(zhǔn)的系統(tǒng)就緒型器件使得簡單的功能集成得以實(shí)現(xiàn)，有利于開發(fā)工作順利起步，并讓工程師可集中精力開展系統(tǒng)優(yōu)化。隨著 MEMS技術(shù)持續(xù)改善陀螺儀噪聲、穩(wěn)定性和精度指標(biāo)，精度和控制水平將不斷提高，從而可為自主機(jī)器人平臺繼續(xù)拓展新的市場。諸如Seekur等系統(tǒng)的下一代開發(fā)工作可從陀螺儀過渡到完全集成的6自由度(6DoF) MEMS傳感器。雖然面向偏航的方法很有用，但世界畢竟不是平面的，目前及未來的許多其他應(yīng)用可以利用集成MEMS單元進(jìn)行地形管理并進(jìn)一步提高精度，并通過三個(gè)陀螺儀實(shí)現(xiàn)完全對準(zhǔn)反饋和校正。