惯性导航系统依照惯性原理，利用惯性元件（加速度计磁力计和陀螺仪）来测量载体本身的加速度和角速度，经一系列运算后得到载体的导航参数，从而达到对载体导航定位的目的。惯性导航系统用于各种运动机具中，包括飞机、潜艇、航天飞机等运输工具及导弹，然而成本及复杂性长时间限制了其可以应用的场合。

陀螺仪是一种能够地确定运动物体方位的仪器，根据需要提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号、控制及方位支持。被广泛应用于船舶、飞机的自动控制、导航系统、航海导航、汽车生物、环境监测、智能手机领域，智能家居行业。

 

 

• 陀螺仪导航优势

陀螺仪导航智能扫地机器人有以下优势：

1. 路径规划
2. 弓字清扫
3. 记忆路线
4. 控制行速
5. 智能补漏
6. 室内定位导航

 

 

 

 

• 智能扫地机器人陀螺仪导航

陀螺仪地图导航技术，是一种利用惯性元件，通过微芯片处理器执行计算，融合高精度陀螺仪及加速度计码盘等数据，在运动中执行惯性导航，建立地图的技术。

杭州艾豆智能科技有限公司陀螺仪地图导航技术有如下特点：

• 本产品内置32位高性能嵌入式处理器，高精度陀螺仪、实现陀螺仪全屋导航功能。
• 智能导航算法、无需人工干预，一键开机，在清扫过程中自动扫描室、建立室内地图。
• 机器自身身实时存储地图。

实现功能：

1. 陀螺仪地图导航、在清扫运动过程中实时建立地图
2. 弓字型清扫、90°转弯掉头，高效覆盖。
3. 规划式清扫，高效率、不重复，不再盲目重复清洁。
4. 存储地图、记录清扫路线、未清扫区域，自动导航到清扫区域，避免漏扫、重复清扫。
5. 低成本。成本远低于激光导、摄像头导航。
6. 智能回充。低电压自动导航回到充电桩跟前，通过红外对接自动返回充电桩

 

• 陀螺仪导航原理

陀螺仪导航原理

陀螺仪在扫地机器人的功能，主要是判断出机器人的行走方向，配合室内定位系统，行走电机的运行状况，可以准确定位出XOY坐标。在绕过障碍物行走时，记录绕行方向，避免机器人重复行走，免除重复清扫，提高清扫效率。通过软件计算出机器人行走路线，可做行程记录，通过清扫路径覆盖算法，完成扫地规划并且保存起来;运动过程中，可检测机器人水平转动与水平位置，调整机身运行状态。在扫地机器人需要充电的时候，可以通过自身XOY坐标，快速回到充电站;充电完成后，还可以通过行程记录，回到扫地处继续进行清扫，效率大为提高。对于凹型或者死角地形，在清扫过程中做行程记录，可顺利清扫。

坐标计算方法

扫地机器人所用传感器，包括陀螺仪、红外传感器、碰撞检测模块、浮动开关模块、沿边行走检测模块，各功能传感器模块配合工作，能提高产品综合性能。通过陀螺仪方向和电机行走路线，可以计算出移动变量，计算模型如图3所示：

在当前时间内，左轮轮子行走的距离为Δr，右轮行走的距离为Δl，两轮的轴间距为d ，则机器人当前时间内行走的距离Δs = (Δr + Δl)/2，转过的角度(设定初始角度为0°)为Δθ = (Δr − Δl)/d，则当前坐标计算为Δx = Δs * cos(Δθ)，Δy = Δs * sin(Δθ)。

图8：SLAM运动模型

 

• IG60陀螺仪导航模块

IG60陀螺仪导航模块是杭州艾豆智能科技有限公司生产的一款高性能的陀螺仪模块。模块内置SLAM算法，实现机器人室内导航定位功能，模块可输入机器人角度值、XY,轴坐标、地图信息等。

产品有以下功能：

1. 运动中扫描建图，定位，实时存储地图。
2. 输出信息包括航向角、XY坐标等地图信息。
3. 实时存储输出清扫区域。
4. 实时存储输出未清扫区域。
5. 实施存储输出障碍物区域。
6. 内置智能扫地机器人直线行走算法。
7. 内置智能扫地机器人弓字清扫算法。
8. 内置智能扫地机器人沿墙清扫算法

• 智能扫地机器人陀螺仪导航系统设计

IG60模块采用SPI接口，主控板实现电机控制、红外等传感器的接受，SPI连接IG60模块，实现陀螺仪室内导航SLAM算法，系统如下功能：

 

系统采用STM32设计，采用PWM控制电机，AD采用读取红外数据，SPI读取IG60SLAM数据，即可实现扫地机器人室内导航定位功能。

IG60为智能扫地机器人定制开源弓字清扫，沿墙清扫的代码，可快速的实现扫地机器人的开发。

 

采用IG60模块清扫地图如下图所示：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图：智能扫地机器人清扫地图

 

 

 

 

 

 

 

 

• 图：智能扫地机器人延边实时建图