Modelování inerciální měřicí jednotky

Abstract

Inerciální měřící jednotka (IMU) patří mezi základní senzorické vybavení současných mobilních robotů, kde se používá především pro odhadování ohamžité orientace robotu v prostoru. V této práci se komplexně zabývám simulací IMU v robotickém simulátoru Gazebo za účelem co nejvěrnějšího modelování odhadovaného úhlu natočení robotu, který je jedním z přímých výstupů IMU senzoru Bosch BNO055. Pro podporu vyhodnocení kvality IMU modelu vzhledem k reálným datům z BNO055 jsem navrhl a implementoval simulační prostřední v rámci Robotického Operačního Systému (ROS), které aproximuje zadanou trajektorii, uloží data ze simulovaného IMU a vygeneruje podklady pro vyhodnocení kvality IMU modelu vzhledem k reálným datům z BNO055. Na základě nejlepších dostupných IMU pluginů v Gazebu jsem implementoval dva URDF/SDF modely IMU sensoru, jejichž funkčnost byla následně ověřena řadou experimentů v simulátoru. Provedené simulace potvrdily funkčnost modelů a zároveň poukázaly na limity realističnosti současných pluginů v Gazebu a nastínily možnosti dalšího vývoje pro zvýšení věrnosti simulací IMU.

The inertial measurement unit (IMU) sensors are massively used in mobile service robots to provide orientation estimation. This thesis is concerned with modeling and simulation of IMU sensor in the robotics simulator Gazebo. The main goal of this thesis is to simulate the heading angle output of a real IMU sensor Bosch BNO055 with high fidelity. To enable the IMU model evaluation I designed and implmented a custom IMU simulation framework as a ROS package. This framework approximates the given trajectory with the help of a Gazebo simulation of a robot model with attached IMU sensor model, captures the simulated IMU output and generates data for the comparison concerning provided dataset measured by real BNO055. I used the best currently available IMU plugins to implement two different URDF/SDF IMU models. The simulations demonstrated the functionality of implemented IMU models, but also revealed the fidelity limitations of current IMU plugins in Gazebo, and led to a discussion about possible future improvements.