[实用新型]一种磁钉定位辅助的GPS/INS导航系统

说明书

本实用新型涉及移动机器人导航定位技术领域。目的是提出一种磁钉定位辅助的GPS/INS导航系统，机器人在进行GPS导航时，使用磁钉定位技术对方向进行调整，使导航更精确。技术方案是：一种磁钉定位辅助的GPS/INS导航系统，包括GPS数据接收与处理模块；其特征在于：该导航系统还包括惯性导航系统、惯性导航系统处理模块、铺设在地面上的若干个磁钉、磁传感器模块、伺服电机、编码器模块以及控制伺服电机的中央处理单元；所述中央处理单元包括卡尔曼滤波模块和伺服电机控制模块；所述惯性导航系统、惯性导航系统处理模块与中央处理单元的卡尔曼滤波模块依次电连接，GPS数据接收与处理模块与中央处理单元的卡尔曼滤波模块电连接。

技术领域

本实用新型涉及移动机器人导航定位技术领域，具体是一种磁钉定位辅助的GPS/INS导航系统。

背景技术

移动机器人的自动导航技术在很多方面都有应用，例如农用机械的机械化、精准化作业，极端环境下的探测与搜寻，还有各种交通工具的无人驾驶等方面。现今的GPS导航系统在民用中的定位精度已经可以达到10米内，但仍有一定误差，且易受环境影响，在恶劣天气环境下导航精度不足，实时性不高，难以达到有效的控制。因此，对移动机器人自动导航定位技术的研究具有重要的实际意义，有很强的实用性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服上述背景技术中的不足，提出一种磁钉定位辅助的GPS/INS导航系统，机器人在进行GPS导航的同时，使用磁钉定位技术对方向进行调整，消除GPS导航的误差，从而使导航更精确。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种磁钉定位辅助的GPS/INS导航系统，包括GPS数据接收与处理模块；其特征在于：该导航系统还包括惯性导航系统、惯性导航系统处理模块、铺设在地面上的若干个磁钉、安装在机器人上用于检测磁钉磁场强度的磁传感器模块、驱动机器人的伺服电机、编码器模块以及控制伺服电机的中央处理单元；所述中央处理单元包括卡尔曼滤波模块和伺服电机控制模块；所述惯性导航系统、惯性导航系统处理模块与中央处理单元的卡尔曼滤波模块依次电连接，GPS数据接收与处理模块与中央处理单元的卡尔曼滤波模块电连接，伺服电机与中央处理单元的伺服电机控制模块电连接，磁传感器模块和中央处理单元电连接。

所述磁传感器模块为HMC5883L模块。

所述中央处理单元采用PID控制方式控制伺服电机。

本实用新型的工作原理是：

(1)使用GPS定位，通过GPS数据接收与处理模块接收处理GPS数据，计算移动机器人的GPS导航信息。

(2)通过INS处理模块接收INS单元数据，根据当前点的信息不断累积推算下一点的信息，从而获得载体位置、速度和姿态等导航信息。

(3)根据接收的GPS数据信息和惯性导航系统处理模块输出的数据利用中央处理单元中的卡尔曼滤波模块可以过滤一些错误的数据，并对GPS数据和惯性导航系统处理单元输出的数据合适的权重比进行最优化处理选择，从而得到精确的导航定位信息。所得信息通过所建立的运动模型的运动方程的分析(在这里是二轮差分驱动小车运动方程)，再由伺服电机控制模块控制伺服电机的转速，从而实现移动机器人的GPS/INS组合导航。

(4)在预设工位上铺设由若干个磁钉组成的磁钉阵，根据磁传感器模块接收的磁感强度，计算得知机器人的位置信息，中央处理单元通过对伺服电机的控制实现对移动机器人航向的调整。

本实用新型的有益效果是：

1、将GPS/INS导航与磁钉定位技术进行结合，有效地提高了组合导航定位精度。

2、由于磁钉定位不受环境、天气因素影响，正好弥补了GPS/INS导航在恶劣天气环境下导航精度不足的缺点；因此能够提供稳定、持续且精确的导航且适用于高速大范围导航及其定点工位作业。