机械工程学报

作者：张文, 丁雨林, 陈咏华, 孙振国

单位：清华大学机械工程系 北京 100084

关键词：姿态估计,惯性测量单元,扩展卡尔曼滤波器,爬壁机器人,圆柱形；

基金：国家自然科学基金(E51475259);苏州—清华创新引领行动计划专项(2016SZ0218)资助项目。

针对相对封闭、磁干扰等特殊环境下传感器应用受限,导致爬壁机器人的姿态估计误差偏大的问题,提出并实现了一种基于惯性测量单元(IMU)和圆柱形状约束的爬壁机器人姿态估计方法(IMU-CC-ATE)。该方法利用爬壁机器人执行工作任务中运动状态和静止状态频繁切换的特点,使用静止状态时IMU的角速度输出值估计相邻运动状态时IMU的角速度漂移值;并结合圆柱形表面约束使机器人姿态估计的横滚角保持不变的特性,设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)对机器人的姿态和IMU的角速度漂移进行实时估计。实验结果表明:该方法使爬壁机器人姿态估计的航向角误差从20°以上降低至3.5°,俯仰角误差保持在2°以内,横滚角误差在0.5°以内,有效地提高了机器人姿态估计精度。

来源：2022年第5期

《机械工程学报》期刊编辑部

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