Методика стендовой калибровки микроэлектромеханических гироскопов на базе робота-манипулятора

DOI: 10.34759/vst-2023-1-190-197

Авторы

Эспиноза Валлес А. С.

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

e-mail: esalvator24@gmail.com

Аннотация

Предложена методика калибровки микроэлектромеханических (МЭМС) гироскопов с использованием робота-манипулятора. Основная идея методики состоит в применении звеньев робота в качестве высокоточного поворотного устройства. Предложен модифицированный шестипозиционный метод в качестве последовательности выполнения лабораторной калибровки. Изготовлена бесплатформенная инерциальная навигационная система для тестирования методики, и проведены стендовые испытания, показавшие целесообразность использования робота-манипулятора. Описаны особенности результатов обработки экспериментальных данных измерений при испытаниях коммерческих гироскопов с использованием методики. Применение разработанного подхода уменьшает погрешности измерений при наземных испытаниях в пять раз по сравнению с начальными.

Ключевые слова:

калибровка МЭМС-гироскопов, математическая модель измерений, модифицированный шестипозиционный метод, бесплатформенная инерциальная навигационная система

Библиографический список

1. You Z., Bin L., Yu S., Zhang G. Applications of MEMS devices in nanosatellite // 2nd International Conference on Recent Advances in Space Technologies (09–11 June 2005; Istanbul, Turkey), pp. 240–243. DOI: 10.1109/RAST.2005.1512569
2. Борисов М.В., Захаров М.А., Черноморский А.И., Чиркин М.В. Методы оп-ределения порога синхронизации встречных волн в малогабаритном лазерном гироскопе // Вестник Московского авиа-ционного института. 2013. Т. 20. № 5. С. 170–178.
3. Алешин Б.С., Максимов В.Н., Черноморский А.И., Плеханов В.Е. Измери-тельная комплексная навигационная система одноосного колесного модуля // Вестник Московского авиационного институ-та. 2012. Т. 19. № 4. С. 120–128.
4. Коломенцев А.И., Якутин А.В. Исследование рабочих процессов в жидкостных ракетных микродвигателях, созданных на базе МЭМС-технологий // Вестник Московского авиационного институ-та. 2010. Т. 17. № 4. С. 90–95.
5. Шаврин В.В., Конаков А.С., Тисленко В.И. Калибровка микроэлектромеханических дат-чиков ускорений и угловых скоростей в бесплатформенных инерциальных навигационных системах // Доклады ТУСУРа. 2012. № 1(25). Часть 2. С. 265–269.
6. Lee D., Lee S., Park S. and Ko S. Test and Error Parameter Esti-mation for MEMS — Based Low Cost IMU Calibration // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2011. Vol. 12. No. 4, pp. 597–603. DOI: 10.1007/s12541-011-0077-9
7. Niu X., Li Y., Zhang H. et al. Fast Thermal Calibration of Low-Grade Inertial Sensors and Inertial Measurement Units // Sensors. 2013. Vol. 13. No. 9, pp. 12192–217. DOI: 10.3390/s130912192
8. Ban J., Wang L., Liu Z., Zhang L. Self-calibration method for temperature errors in multi-axis rotational inertial navigation system // Optics Express. 2020. Vol. 28. No. 6. DOI: 10.1364/OE.384905
9. Lyu P., Lai J., Liu J., Nie M. The Compensation Effects of Gyros’ Stochastic Errors in a Rotational Inertial Navigation System // Journal of Navigation. 2014. Vol. 67. No. 6, pp. 1069–1088. DOI: 10.1017/S0373463314000319
10. Мелешко В.В., Нестеренко О.И. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы. — Кировоград: ПОЛИМЕД, 2011. — 171 с.
11. Poddar S., Kumar V., Kumar A. A Comprehensive Overview of Inertial Sensor Calibration Techniques // Journal of Dynamic Systems Measurement and Control. 2016. Vol. 139. No. 1: 011006. Paper No: DS-16-1027. DOI:10.1115/1.4034419
12. Wang L., Zhang T., Ye L. et al. An Efficient Calibration Method for Triaxial Gyroscope // IEEE Sensors Journal. 2017. Vol. 21. No. 18, pp. 19896–19903. DOI: 10.1109/JSEN.2021.3100589
13. Royo D. Development of a calibration procedure for gyroscopes in CubeSat missions. — Space Engineering, master’s level, 2021. — 105 p.
14. Kozlov A., Sazonov I., Vavilova N. IMU calibration on a low grade turntable: Embedded estimation of the instrument displacement from the axis of rotation // 1st International Symposium on Inertial Sensors and Systems (25–26 February 2014; Laguna Beach, CA, USA). DOI:10.1109/ISISS.2014.6782525
15. Веремеенко К.К., Желтов С.Ю., Ким. Н.В. и др. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов / Под ред. М.Н. Красильщикова, Г.Г. Себрякова. — М.: Физматлит, 2009. — 556 с.
16. Осипов А.М., Козорез Д.А., Сыпало К.И. Решение задачи навигационных определений высокоскоростного летательного аппарата // Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 4. С. 5–19.
17. Titterton D., Weston J.L., Weston J. Strapdown Inertial Navigation Technology. — 2nd Edition. — ‎The Institution of Engineering and Technology, 2004. — 576 p.
18. Аврутов В.В. Испытания инерциальных приборов: Учебное пособие. — Киев: КПИ им. Игоря Си-корского, 2016. — 205 с.
19. Zhang R., Höflinger F., Reind L.M. Calibration of an IMU using 3-D rotation platform // IEEE Sensors Journal. 2014. Vol. 14. No. 6, pp. 1778–1787. DOI: 10.1109/JSEN.2014.2303642
20. Panchanand J. Inverse kinematic analysis of robot manipulators. — A thesis for the award of the degree of Doctor of Philosophy. — National Institute of Technology Rourkela, India, 2015. — 336 p.
21. Bai S., Lai J., Lyu P. et al. A System-Level Self-Calibration Method for Installation Errors in A Dual-Axis Rotational Inertial Navigation System // Sensors. 2019. Vol. 19. No. 18: 4005. DOI: 10.3390/s19184005