Датчик угла поворота рулевого механизма на основе инерциальных измерительных блоков, применяемый в задачах беспилотной сельскохозяйственной техники

03 декабря 2025 года
Брагин Николай Викторович
(аспирант 1-го г. о., научный руководитель д.ф.-м.н. Голован А.А.)

В работе описывается алгоритм инерциального датчика угла поворота ру левого механизма колёсной техники [1], принцип работы которого заключается в оценке угла поворота с помощью показаний двух низкоточных бескарданных инерциальных навигационных систем (БИНС). Это позволяет решать задачу коррекции БИНС, используя уравнения ошибок инерциальной навигации, и ис пользовать показания МЭМС-датчиков угловой скорости (ДУС) для получения оценки искомого угла. В работах [2, 3] используются измерения, полученные с помощью нескольких [2] или одной [3] антенны глобальных спутниковых на вигационных систем (ГНСС). В настоящей же работе ключевым измерением является продольная скорость объекта. Таким образом, для работы датчика в состав навигационного комплекса должен входить либо приёмник ГНСС, либо одометр, либо любой другой источник скорости, например визуальная или ли дарная одометрия. Таким образом, датчик может работать в отсутствие сигнала ГНСС.            

Задача оценки угла поворота зависит от решения задачи коррекции БИНС, а также оценки погрешностей измерений инерциальных датчиков. В наши дни ос новным алгоритмом оценки состояния динамической системы является фильтр Калмана в различных его формах. В рамках диссертационной работы планиру ется использовать новый алгоритм пошагового сглаживания с помощью фактор графов [10, 11, 12, 13].

Список литературы

 [1] D. E. Brewer, G. W. White, J. W. Peake (2007). «Vehicle gyro based steering assembly angle and angular rate sensor» (US Patent No.: 7477973 B2)

 [2] Cunxiao Miao, Huanxin Chu, Juanjuan Cao, Zhihui Sun, Ranran Yi. «Steering

 Angle Adaptive Estimation System based on GNSS and MEMS Gyro.» Computers and Electronics in Agriculture. 2018. vol. 153. 196–201

[3] Pei Wang, Lian Hu, Jie He, Siqi Ke, Zhongxian Man, Tuanpeng Tu, Luning Yang, Yuanyuan Li, Yanlling Yi, Weicong Li, Xiwen Luo. «Method for measuring the steering wheel angle of paddy field agricultural machinery by integrating RTK GNSS and dual-MEMS gyroscope.» International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2022. vol. 15, N 6. 197–205.

 [4] N. B. Vavilova, V. S. Vyazmin and A. A. Golovan, «Development of a Low Cost INS/GNSS/Odometer Integration Algorithm for a Road Surface Testing Laboratory Software» 2019 26th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS), St. Petersburg, Russia, 2019, pp. 1-7, doi: 10.23919/ICINS.2019.8769343.

[5] N. B. Vavilova, V. S. Vyazmin and A. A. Golovan, «Development of a Low Cost INS/GNSS/Odometer Integration Algorithm for a Road Surface Testing Laboratory Software» 2019 26th Saint Petersburg International Conference on   Integrated Navigation Systems (ICINS), St. Petersburg, Russia, 2019, pp. 1-7,   doi: 10.23919/ICINS.2019.8769343.

 [6] Polack P., Altch´e F., d’Andr´ea-Novel B. and de La Fortelle A. «The kinematic bicycle model: A  consistent model for planning feasible trajectories for autonomous vehicles?» IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), Los Angeles,  CA, USA, 2017, pp. 812-818

[7] Haigen, Min et al. «Kinematic and Dynamic Vehicle Model-Assisted Global Positioning Method for Autonomous Vehicles with Low-Cost GPS/Camera/In Vehicle Sensors.» Sensors 19(24):5430, 2019.

 [8] Li, Jinyang, Zhaozhao Wu, Meiqing Li, and Zhijian Shang. «Dynamic Measurement Method for Steering Wheel Angle of Autonomous Agricultural Vehicles.» Agriculture 2024. 14, no. 9: 1602.

 [9] Delrobaei, Mehdi and McIsaac, Kenneth. «Design and Steering Control of a Center-Articulated Mobile Robot Module.» Journal of Robotics. 2011

[10] Frank Dellaert and Michael Kaess (2017), «Factor Graphs for Robot Perception»   Foundations and Trends® in Robotics: Vol. 6: No. 1-2, pp 1-139.

 [11] M. Kaess, A. Ranganathan and F. Dellaert, «iSAM: Incremental Smoothing and Mapping» in IEEE Transactions on Robotics, vol. 24, no. 6, pp. 1365-1378, Dec. 2008

 [12] V. Indelman, S. Williams, M. Kaess and F. Dellaert, «Factor graph based incremental smoothing in inertial navigation systems,» 2012 15th International Conference on Information Fusion, Singapore, 2012, pp. 2154-2161.

 [13] C. Taylor, J. Gross, «Factor Graphs for Navigation Applications: A Tutorial»  Institute of Navigation Sep 2024, 71 (3) navi.653