Menguasai INS: Buku Pegangan Lengkap untuk Solusi Navigasi Otonom

Bagi perusahaan modern yang ingin mengintegrasikan sistem navigasi inersia (INS) ke dalam operasi bisnis mereka secara keseluruhan, memahami komponen inti dan mekanisme operasional INS sangatlah penting. Dalam ranah navigasi inersia dan unit pengukuran inersia (IMU), tiga elemen menonjol sebagai hal yang kritis: perangkat keras, firmware, dan implementasi. Di bawah ini adalah uraian tentang dasar-dasar sistem inersia yang disesuaikan untuk bisnis kontemporer.

Perangkat Keras: Ini memerlukan keseimbangan antara kualitas sensor, kuantitas, dan biaya—pertimbangan utama untuk setiap penerapan INS.

Firmware: Meliputi penyaringan data, fusi, dan pemrosesan, firmware sangat penting untuk memastikan akurasi INS dan kinerja tinggi. Khususnya, solusi firmware tidak distandarisasi di seluruh produsen.

Implementasi: Sering diabaikan namun bisa dibilang aspek paling krusial dalam memilih INS, implementasi mencakup kualitas dokumentasi dan keahlian dukungan. Faktor-faktor ini dapat menjadi perbedaan penentu antara meluncurkan produk sesuai jadwal dan sesuai anggaran.

Fungsi Inti dari INS

Sistem navigasi inersia menghitung posisi perangkat relatif terhadap titik referensi tertentu atau koordinat tetap. Dalam robotika dan otomatisasi, implementasi INS mengatur guling dan picu, sambil terus memantau dan mempertahankan haluan, posisi, dan kecepatan. Mencapai hal ini membutuhkan kolaborasi yang mulus di berbagai komponen untuk membangun robotika otonom dan sistem navigasi yang fungsional.

Agar sistem robotik dapat beroperasi secara otonom, ia harus memiliki kesadaran yang jelas tentang lokasi, orientasi, tujuan target, dan jalur navigasinya saat ini. Semua ini dimulai dengan komponen perangkat keras.

Komponen Kunci Sistem Navigasi Inersia

Sebuah INS terdiri dari tiga komponen dasar:

Perangkat Keras

Firmware atau perangkat lunak

Implementasi

Masing-masing elemen ini harus dievaluasi dengan cermat saat memilih INS yang selaras dengan persyaratan spesifik produk.

Perangkat Keras INS untuk Sistem Otonom

Perangkat keras yang mendukung navigasi otonom melalui INS biasanya mencakup beberapa atau semua komponen berikut:

Sensor INS

Akselerometer mengukur percepatan dan kecepatan relatif perangkat tempat mereka dipasang. Dengan melacak perubahan kecepatan dan percepatan, sensor ini memainkan peran penting dalam menentukan posisi perangkat pada berbagai interval.

Giroskop adalah sensor fisik yang mendeteksi posisi sudut dan gerakan suatu objek atau perangkat relatif terhadap kerangka acuan inersia tertentu. Mereka sangat penting untuk menentukan sikap yang tepat dari perangkat dalam kaitannya dengan titik referensi dan kerangka inersia lainnya.

Magnetometer mendeteksi medan magnet, berfungsi sebagai titik referensi navigasi untuk perangkat, robot, dan sistem kompleks.

Penerima GPS, yang terhubung ke Sistem Satelit Navigasi Global (GNSS), melengkapi sistem inersia dengan data posisi tambahan. Antena dapat diintegrasikan untuk meningkatkan akses sistem otonom ke jaringan GNSS.

Mikroprosesor menjalankan firmware yang diperlukan untuk pengoperasian sistem. Perangkat penyimpanan internal dapat secara opsional mencatat gerakan, lokasi, dan aktivitas sistem selama pengoperasian.

Faktor Bentuk

Perangkat biasanya direkayasa untuk lingkungan yang terlindungi atau kasar. Dalam pengaturan di mana sensor dapat dilindungi dari kondisi eksternal, desain tanpa casing tersedia untuk meminimalkan jejak. Untuk aplikasi seperti drone, yang beroperasi dalam kondisi yang keras, penutup aluminium yang diperkeras adalah standar.

Unit Pengukuran Inersia (IMU) mengintegrasikan sistem mikro-elektro-mekanis (MEMS), giroskop, magnetometer, dan akselerometer ke dalam satu perangkat yang mudah digunakan untuk mengelola navigasi robotik. Sistem Referensi Sikap dan Haluan (AHRS) dibangun di atas fungsionalitas IMU dengan menambahkan kemampuan untuk mendeteksi dan merespons sikap sistem robotik relatif terhadap titik referensi tetap. Antena GPS menyediakan data satelit untuk mengaktifkan kemampuan navigasi. Selain itu, unit ganda tersedia untuk mengurangi gangguan magnetik selama akuisisi haluan, memungkinkan kalibrasi yang lebih cepat dan startup sistem yang lebih cepat. Bersama-sama, komponen-komponen ini—IMU, AHRS, dan GNSS—merupakan sistem navigasi inersia (INS) yang lengkap.

Memilih Unit Pengukuran Inersia yang Hemat Biaya

Saat membeli perangkat keras untuk sistem navigasi inersia, beberapa faktor secara signifikan memengaruhi biaya dan efektivitas IMU:

Giroskop serat optik mengurangi jumlah sensor yang dibutuhkan untuk pembacaan yang tepat tetapi datang dengan harga premium yang substansial—terkadang hingga 100 kali lebih tinggi daripada alternatif konvensional. Giroskop berkualitas tinggi dan komponen perangkat keras lainnya meningkatkan akurasi dan meminimalkan hanyutan.

Kombinasi akselerometer, giroskop, sistem GPS, dan magnetometer yang hemat biaya seringkali memberikan kinerja navigasi yang cukup untuk sistem yang beroperasi di lingkungan tertutup atau yang memiliki persyaratan presisi yang sederhana. Data dari sensor ini digabungkan untuk mengkompensasi kesalahan sensor individual—suatu fenomena yang dikenal sebagai fusi sensor (terperinci di bawah). Dalam hal ini, kinerja gabungan melebihi jumlah komponen individual.

Untuk sebagian besar perusahaan, campuran sensor yang terjangkau ini memberikan keseimbangan yang tepat antara kinerja dan biaya. Mengidentifikasi keseimbangan optimal memastikan penerapan IMU yang hemat biaya yang disesuaikan dengan kebutuhan unik perusahaan.

Firmware Navigasi Inersia

Firmware INS terdiri dari dua elemen inti:

Firmware fusi sensor mengirimkan data dari semua sensor perangkat keras ke unit pemrosesan, memformatnya agar kompatibel dengan mikroprosesor perangkat.

Filter Kalman sangat penting untuk memastikan akurasi data sensor tetapi tidak selalu disertakan dengan pembelian sensor. Jika disediakan, biasanya merupakan program berpemilik yang disesuaikan dengan konfigurasi perangkat keras dan produsen tertentu. Filter Kalman menghilangkan data eksternal (disebut sebagai “noise”), mengoptimalkan pemanfaatan sumber daya komputasi untuk navigasi otonom.

Faktor kunci dalam penyaringan data yang efektif termasuk metode pengumpulan dan transmisi data, serta dokumentasi yang lengkap—terutama selama implementasi awal—untuk mengidentifikasi area yang perlu ditingkatkan. Antarmuka yang mudah digunakan dan kecepatan visualisasi data real-time juga berkontribusi pada keberhasilan proyek secara keseluruhan.

Implementasi INS

Implementasi INS biasanya menuntut investasi terbesar dalam sumber daya dan waktu. Komponen kunci dari proses ini meliputi fase-fase berikut:

Fase Penentuan Ruang Lingkup INS

Mengevaluasi solusi INS yang tersedia di pasar

Menentukan jenis sensor yang diperlukan untuk proyek navigasi otonom

Menilai kemampuan penyedia navigasi inersia untuk memberikan hasil yang diinginkan

Proses Implementasi INS

Kelengkapan dan kualitas dokumentasi sensor dan firmware

Keahlian dan ketersediaan tim dukungan sensor

Kompatibilitas antara sistem yang diinginkan dan kemampuan sensor

Integrasi sistem kontrol dengan data sensor

Penelitian dan penentuan ruang lingkup yang menyeluruh dari faktor-faktor ini sangat penting saat memilih produsen INS. Idealnya, sensor yang dipilih akan menawarkan perangkat keras, firmware, dan dukungan implementasi yang tepat—semuanya dalam struktur biaya yang memastikan sistem robotik otonom berkinerja tinggi dan menguntungkan. Ini menyiapkan panggung untuk pengantar singkat tentang solusi kami di Inertial Sense.

Inertial Sense: Mitra Anda dalam Navigasi Otonom

Di Inertial Sense, kami berspesialisasi dalam memberikan solusi optimal dan praktis untuk kebutuhan navigasi otonom. Penawaran kami mencakup fitur-fitur utama yang dirancang untuk merampingkan implementasi dan memaksimalkan hasil:

Perangkat Keras INS

Sensor INS kami menawarkan rasio jejak-ke-kinerja yang tak tertandingi. Andal dan presisi, mereka cukup ringkas untuk muat di atas uang receh.

Firmware INS

Filter Kalman kami, yang telah disempurnakan selama satu dekade, memberikan data yang hampir bebas kesalahan, memastikan perangkat tetap pada jalurnya dengan hanyutan minimal.

Solusi fusi sensor kami yang berpemilik memungkinkan integrasi dengan berbagai sensor—termasuk yang tidak diproduksi oleh kami.

Implementasi INS

Kami menyediakan alat evaluasi terintegrasi yang memungkinkan pemecahan masalah dan koreksi kesalahan data secara real-time, serta penilaian kinerja sensor individual. Ini menghemat waktu dan upaya dalam memverifikasi akurasi sistem selama pengoperasian.

Kit pengembangan perangkat lunak (SDK) khusus kami diperbarui secara berkala, menampilkan antarmuka yang intuitif dan dokumentasi yang komprehensif. Klien menerima akses gratis ke pembaruan terbaru dan terus mendapat informasi tentang peningkatan yang sedang berlangsung.

Di Inertial Sense, kami bangga menawarkan proses implementasi yang paling sederhana dan paling nyaman di industri. Kami bekerja sama dengan klien untuk memberikan pelatihan dan dukungan yang diperlukan untuk pengalaman yang mulus.

Dokumentasi kami bebas dari jargon teknis, menghilangkan hambatan untuk adopsi cepat sistem navigasi otonom kami. Selain itu, kami menawarkan dukungan manusia langsung dengan kemampuan berbagi layar dan waktu respons yang cepat, memastikan klien dapat terhubung dengan pakar nyata saat bantuan diperlukan.