Präzision bei jedem Schritt: Warum humanoide Roboter GNSS und IMU benötigen

Wenn ein Mensch durch einen Raum geht, hält er selten inne, um darüber nachzudenken, wie stark sich der Körper neigt, wo genau ein Fuß aufsetzt oder wie weit das Ziel noch entfernt ist. Ein humanoider Roboter muss all diese Fragen kontinuierlich beantworten – und zwar in Echtzeit. Wenn ein Roboter kontinuierlich gehen, sich drehen, greifen und in einer dynamischen und ungewissen Umgebung interagieren muss, braucht er mehr als nur eine grobe Vorstellung davon, wo er sich befindet. Er benötigt einen kontinuierlichen, zuverlässigen Koordinatenanker mit geringer Latenz. Genau dafür sind die GNSS-Module und PointX-Korrekturdienste von CHC Navigation konzipiert.

Hochpräzise GNSS-Module: Der absolute Koordinatenanker für humanoide Roboter

Das Globale Navigationssatellitensystem (GNSS) ist die Satellitenortungstechnologie, auf der die meisten modernen Navigationssysteme basieren. Ein GNSS-Modul empfängt Signale von mehreren Satellitenkonstellationen und berechnet die Position des Roboters auf der Erde, wobei es Längen- und Breitengrad, Höhe, die genaue Zeit sowie die Fahrtrichtung übermittelt. Dies ist die Ebene, die das interne Weltmodell eines Roboters mit realen geografischen Koordinaten verknüpft.
 

GNSS-Module bilden den Kern der von CHC Navigation entwickelten Systeme und sind der Grund dafür, dass ein humanoider Roboter auch außerhalb eines kontrollierten Labors eingesetzt werden kann. Stellen Sie sich einen Inspektionsroboter vor, der auf einem großen Industriegelände, in einem Lagerhaus oder in einer Außenanlage arbeitet. Um einer Route zu folgen und den richtigen Inspektionspunkt zu erreichen, muss er wissen, wo sich dieser Punkt befindet, wo er sich gerade befindet und in welche Richtung er sich bewegen muss. GNSS liefert diese globale Referenz. Da humanoide Roboter zunehmend in den Bereichen Fertigung, Logistik, Außeninspektion, Smart Cities und im öffentlichen Dienst zum Einsatz kommen, wird eine zuverlässige Satellitenortung zur Grundlage, auf der alles andere aufbaut.
 

Bei CHC Navigation stellen wir diese grundlegende Ebene durch unser GNSS-Modul-Portfolio bereit. Das GNSS-Modul M722, dessen weltweite Markteinführung für 2026 geplant ist, wurde entwickelt, um den absoluten Positionierungsanker bereitzustellen, den humanoide Roboter der nächsten Generation benötigen:
 

• Unterstützung aller Konstellationen und Frequenzen sowie Aufrechterhaltung einer stabilen Positionierung in komplexen städtischen Umgebungen und Übergangsbereichen zwischen Innen- und Außenbereichen.
   
• Kursbestimmung über zwei Antennen, die hochpräzise Kursdaten liefert, damit humanoide Roboter beim Start und beim Wenden schnell ihre Ausrichtung bestimmen können, wodurch die IMU-Drift reduziert wird.
   
• Kompaktes, stromsparendes Design, das den begrenzten Platz und das begrenzte Batteriekapazitätsbudget humanoider Roboter berücksichtigt.
   
• Qualität auf Automobilniveau, validiert in zahlreichen Serienprojekten, mit nachgewiesener Zuverlässigkeit für den kontinuierlichen industriellen Betrieb.
   

Der Wert des M722 liegt nicht nur darin, zu wissen, wo er sich befindet, sondern darin, dem Roboter kontinuierlich und ohne kumulierte Abweichung mitzuteilen, dass er noch immer an Ort und Stelle ist.

Über die Meter-Genauigkeit hinaus: RTK-Korrekturdienste

Eine häufig gestellte Frage lautet: Warum benötigen Roboter mehr als das bereits in einem Smartphone integrierte GPS? Die Antwort lautet: Genauigkeit. Herkömmliche GNSS-Systeme liefern in der Regel eine Positionsbestimmung im Meterbereich, was für die Schritt-für-Schritt-Navigation von Fahrzeugen zwar ausreicht, für einen Roboter, der ein Werkzeug greifen oder eine Taste drücken soll, jedoch viel zu ungenau ist. Ein Fehler von zwei bis fünf Metern macht eine präzise Handhabung unmöglich.
 

Die Echtzeit-Kinematik (RTK) schließt diese Lücke. Satellitensignale weisen Fehler aufgrund von atmosphärischen Verzögerungen, Ungenauigkeiten bei Umlaufbahn und Takt sowie Mehrwegreflexionen auf. RTK nutzt eine Referenzstation an einem präzise vermessenen Standort, um diese Fehler zu messen und Korrekturdaten an Empfänger in der Nähe zu senden, wodurch die Genauigkeit von Metern auf Zentimeter verbessert wird. CHC Navigation stellt diese Korrekturen über PointX bereit, unser Portfolio an GNSS-Korrekturdiensten. PointNet stellt Netzwerk-RTK über das Internet bereit, gestützt auf ein Netzwerk von mehr als 10.000 Referenzstationen für Zentimetergenauigkeit und nahezu sofortige Konvergenz, während PointSky L-Band-Satellitenkorrekturen für netzwerkbeschränkte und abgelegene Umgebungen bereitstellt, in denen keine zuverlässige Mobilfunkverbindung zur Verfügung steht. Zusammen verwandeln sie ein ungenaues „irgendwo hier in der Nähe“ in ein sicheres „genau hier, auf wenige Zentimeter genau“.

Die IMU: Gleichgewicht und Bewegungswahrnehmung

Während GNSS einem Roboter mitteilt, wo er sich befindet, liefert die Trägheitsmesseinheit (IMU) Informationen darüber, wie sich sein Körper bewegt. Der CHCNAV CI-300, dessen weltweite Markteinführung für 2026 geplant ist, ist eine hochpräzise IMU, die einen dreiachsigen Beschleunigungsmesser und ein dreiachsiges Gyroskop kombiniert, um lineare Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit, Orientierungsänderung und die Schwerkraftrichtung zu messen. Anhand dieser Daten erkennt ein Roboter, ob er sich neigt, dreht, beschleunigt oder einen unerwarteten Stoß abbekommen hat.
 

Dieses Bewusstsein ist es, was einen zweibeinigen Roboter aufrecht hält. Menschen halten ihr Gleichgewicht mithilfe des Gleichgewichtssystems im Innenohr in Verbindung mit dem Sehsinn und muskulärem Feedback; ein humanoider Roboter erreicht durch seine IMU etwas Ähnliches. Wenn der Roboter einen Schritt nach vorne macht und sich sein Schwerpunkt verlagert, erkennt die IMU die Neigung, und das Steuerungssystem passt Hüftwinkel, Beinstützung und Körperhaltung innerhalb von Millisekunden an. Im Grunde genommen ist die IMU das Innenohr des Roboters, das mit einer hohen Aktualisierungsrate arbeitet, sodass die Maschine bei jedem Schritt des Gangzyklus stabil bleibt.

Sensorfusion: Die Schichten zusammenführen

In einem funktionierenden Roboter arbeiten diese Ebenen nicht isoliert voneinander. GNSS liefert die globale Position, RTK-Korrekturen verfeinern diese auf Zentimeter-Genauigkeit, und die IMU liefert hochfrequente Bewegungs- und Orientierungsdaten, während Kameras, LiDAR und Gelenk-Encoder die Umgebung und die Bewegung jedes einzelnen Glieds erfassen. Sensorfusionsalgorithmen wie der erweiterte Kalman-Filter und die Faktorgraph-Optimierung kombinieren all diese Informationen zu einer einzigen, kontinuierlichen Schätzung der Position, Geschwindigkeit, Ausrichtung und Beziehung des Roboters zu seiner Umgebung. Das Ergebnis ist räumliche Intelligenz: Der Roboter kann eine Route planen, Hindernissen ausweichen, ein Ziel erreichen und Objekte handhaben – mit der Sicherheit, die daraus resultiert, dass er genau weiß, wo er sich befindet.

GNSS und GNSS/INS für autonome Maschinen

GNSS bildet die Grundlage dieses Systemstacks und steht im Mittelpunkt der Arbeit von CHC Navigation. Unsere GNSS/INS-Systeme vereinen hochpräzises GNSS mit einem integrierten Trägheitssensor in einer einzigen, eng gekoppelten Einheit. Das GNSS/INS-System CGI-230 in Automobilqualität liefert eine Positionierung im Zentimeterbereich und gewährleistet auch bei kurzen GNSS-Signalausfällen weiterhin gültige Navigationsdaten, während das mit zwei Antennen ausgestattete CGI-610 für Plattformen, die dies benötigen, zusätzlich genaue Kursdaten bereitstellt. Diese Systeme sind Teil unserer Navigations- und Ortungslösungen für autonome Maschinen – derselbe Ansatz, der bereits im autonomen Fahren und bei Logistikflotten mit niedrigen Geschwindigkeiten zum Einsatz kommt. Für Teams, die an der nächsten Generation humanoider Roboter arbeiten, ist eine zuverlässige Ortung das Bindeglied zwischen einem leistungsstarken KI-Modell und der physischen Welt – und genau dafür wurde CHC Navigation entwickelt.

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und autonome Systeme und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachkräften gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [Huace:300627.SZ] finden Sie unter: https://navigation.chcnav.com/about/overview