什么是IMU ？搭載IMU的掃地機(jī)器人有何區(qū)別

你的掃地機(jī)器人是不是總有盲區(qū)打掃不到，常常需要你“擦屁股”？

你的掃地機(jī)器人是不是遇到障礙就報(bào)錯(cuò)，使你不得不手動(dòng)歸位？

你的掃地機(jī)器人是不是每逢墻角就“面壁思過”，撞破南墻也不回頭？

放心，當(dāng)有了IMU（慣性測(cè)量單元）后，這樣的囧況就能輕松解決~

什么是IMU ？?

答案

IMU全名為Inertial Measurement Unit, 即慣性測(cè)量單元。

IMU通常包含一個(gè)3軸加速度計(jì)和一個(gè)3軸的陀螺儀，是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角（或角度率）以及加速度的裝置。簡而言之，IMU能夠通過測(cè)量載體在三維空間中的角度和加速度，從而解算出載體的位置和姿態(tài)，在各個(gè)領(lǐng)域中都有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

讓我們回到開頭提到的“困境”：搭載了高精度高性能的IMU，掃地機(jī)器人就可以大幅度提高清掃運(yùn)行軌跡的記錄精度，不僅可以走出弓字形、回字形、螺旋形等復(fù)雜路線，還能夠獲得全局規(guī)劃的清掃區(qū)域路徑；甚至能夠結(jié)合紅外信號(hào)的引導(dǎo)回歸充電插座，一方面大大提升了清掃效率，另一方面也讓使用體驗(yàn)變得更加友好。

但I(xiàn)MU的用途可不僅局限于此，無論是近在眼前的各類電子產(chǎn)品和車輛中，還是遠(yuǎn)在天邊的衛(wèi)星飛機(jī)內(nèi)，得益于IMU的基礎(chǔ)通用性，其應(yīng)用場(chǎng)景仍在不斷擴(kuò)展。

今天，小編就帶大家進(jìn)一步了解這些熟悉又陌生的領(lǐng)域，領(lǐng)略一下在我們身邊的IMU應(yīng)用。

耳穿戴設(shè)備人機(jī)交互

IMU能在近幾年非常火的TWS耳機(jī)中應(yīng)用，IMU可以賦能耳穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的人機(jī)交互方式，例如佩戴檢測(cè)、頭部操控、敲擊檢測(cè)（加速度計(jì)）等，更重要的是，它能助力3D音頻效果的實(shí)現(xiàn)。

耳機(jī)內(nèi)的IMU可以對(duì)于頭部姿態(tài)和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。搭配手機(jī)內(nèi)的傳感器獲取耳部/頭部的相對(duì)位置，從而對(duì)于音頻效果進(jìn)行調(diào)整，為用戶帶來更加真實(shí)的聽覺感受。

汽車高精定位系統(tǒng)

高精定位是實(shí)現(xiàn)高級(jí)輔助駕駛和自動(dòng)駕駛應(yīng)用的必要條件之一。車輛要實(shí)現(xiàn)L2+的自動(dòng)駕駛體驗(yàn)，就需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景、不同的精度要求和不同的功能安全等級(jí)，來選擇系統(tǒng)所搭載的硬件類型。

在高精定位的應(yīng)用中，有兩種關(guān)鍵的定位方案相輔相成：一是通過環(huán)境感知傳感器，如激光雷達(dá)和攝像頭采集環(huán)境信息，結(jié)合高精特征地圖來實(shí)現(xiàn)定位功能。這使得車輛在城市道路中能規(guī)劃最合適的路徑，精準(zhǔn)避障。二是通過GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）實(shí)時(shí)獲取衛(wèi)星信號(hào)，再結(jié)合RTK（實(shí)時(shí)差分定位）服務(wù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償校準(zhǔn)來進(jìn)行空曠路段高速行駛的導(dǎo)航。

但這兩種實(shí)現(xiàn)方式都有其不足之處：激光雷達(dá)和攝像頭采集的環(huán)境信息會(huì)受天氣和遮擋物的影響；GNSS系統(tǒng)在隧道、高層密集樓宇這些衛(wèi)星信號(hào)不能覆蓋的地方就不能獲得精確的車輛定位信息。

但慣性測(cè)量單元IMU（inertial measurement unit）技術(shù)的發(fā)展逐漸彌補(bǔ)了激光雷達(dá)、攝像頭、GNSS系統(tǒng)的不足。作為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS（inertial navigation system）中的核心器件，IMU不受外界環(huán)境的影響，根據(jù)慣性數(shù)據(jù)為現(xiàn)有技術(shù)提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)補(bǔ)充，使得系統(tǒng)高精組合導(dǎo)航得以實(shí)現(xiàn)。

專業(yè)體育運(yùn)動(dòng)追蹤

專業(yè)級(jí)的運(yùn)動(dòng)追蹤設(shè)備正在受到運(yùn)動(dòng)愛好者和專業(yè)人士的追捧，尤其是專業(yè)競(jìng)技和康復(fù)治療領(lǐng)域的需求逐漸顯現(xiàn)，主要通過動(dòng)作捕捉、標(biāo)記和跟蹤身體運(yùn)動(dòng)，并且將這些信息轉(zhuǎn)換為體育和醫(yī)療行業(yè)中的研究和應(yīng)用的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)價(jià)值。因此更為精準(zhǔn)、性價(jià)比更高的IMU解決方案正在成為更好的選擇。

例如嵌入IMU的可穿戴緊身衣由于其便攜性而變得越來越流行，其出色的動(dòng)作捕捉能力，在運(yùn)動(dòng)員做研究或日常訓(xùn)練使用均可滿足。

IMU用于收集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)速度、傾斜、旋轉(zhuǎn)甚至運(yùn)動(dòng)角度進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，由于其體積很小、可與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備集成在一起，同時(shí)功耗較低、因此無需太多電量即可連續(xù)收集數(shù)據(jù)，并提供實(shí)時(shí)反饋。

目前，全球已有一百多家公司正在提供IMU運(yùn)動(dòng)傳感器測(cè)評(píng)系統(tǒng)解決方案，基于IMU對(duì)運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作進(jìn)行精細(xì)分析有望迎來新浪潮。

虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）應(yīng)用

為了打造更加真實(shí)和身臨其境的虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，讓用戶能夠長時(shí)間地融入虛擬環(huán)境至關(guān)重要，這意味著以IMU為主流、數(shù)量眾多的運(yùn)動(dòng)傳感器需要極其敏感、精確、堅(jiān)固和迅速響應(yīng)的能力。特別是頭部、軀干、關(guān)節(jié)、手指等身體部位運(yùn)動(dòng)的超精確瞬時(shí)檢測(cè)，并將時(shí)間延遲縮短至幾乎不可察覺的最小值，確保身體動(dòng)作與畫面同步，才能減少令人不適的暈動(dòng)病效應(yīng)或體驗(yàn)割裂感。因此，集成多種功能的緊湊型MEMS IMU往往是這一類消費(fèi)級(jí)應(yīng)用的首選。

此外，制造業(yè)中的AR應(yīng)用也在快速崛起。工人可以使用AR設(shè)備隨時(shí)訪問重要的技術(shù)信息，并確定正在使用的機(jī)器以及危險(xiǎn)區(qū)域的位置等。

例如飛機(jī)制造商使用AR眼鏡來協(xié)助技術(shù)人員為飛機(jī)布線，從而縮短生產(chǎn)時(shí)間并減少出錯(cuò)。這些嚴(yán)苛的應(yīng)用場(chǎng)景也將極大地依賴高精度、高可靠的IMU來實(shí)現(xiàn)。

無人機(jī)平穩(wěn)飛行

去年，NASA機(jī)智號(hào)直升機(jī)登陸火星并首飛成功，作為第一架嘗試在地球以外星球上飛行的飛機(jī)，機(jī)智號(hào)火星直升機(jī)可謂是創(chuàng)造了奇跡。你知道嗎，在這其中，一直都有我們博世的慣性測(cè)量單元BMI160的陪伴。BMI160在火星上經(jīng)受住了極端溫度、極端振動(dòng)的挑戰(zhàn)，通過收集有關(guān)直升機(jī)的行進(jìn)速度和方向數(shù)據(jù)，為“機(jī)智號(hào)”飛行穩(wěn)定性保駕護(hù)航。

不止在外太空，IMU更是無人機(jī)進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用場(chǎng)景的關(guān)鍵因素。高精度、可靠的IMU可以極大提升無人機(jī)的飛行能力，結(jié)合系統(tǒng)硬件、軟件和算法的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)例如完美懸停或急轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜操作，還可以結(jié)合衛(wèi)星定位技術(shù)，打造高精度導(dǎo)航的能力，有助于實(shí)現(xiàn)攝影、農(nóng)業(yè)、交通安全或簡單的娛樂等多種應(yīng)用。

博世在慣性MEMS傳感器和加速度計(jì)領(lǐng)域已有超過20年的經(jīng)驗(yàn)，不僅成為了車規(guī)級(jí)IMU市場(chǎng)的領(lǐng)軍者，還將其確保高可靠性和高性能的技術(shù)基礎(chǔ)帶入消費(fèi)電子傳感器領(lǐng)域。就在今年，博世再度推出兩款I(lǐng)MU產(chǎn)品，分別針對(duì)汽車電子和消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用，再度刷新IMU性能天花板。

博世全新車用高精度慣性測(cè)量單元SMI240使用小型LGA封裝，內(nèi)部集成三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)，符合車規(guī)級(jí)AEC-Q100 Grade2，為系統(tǒng)提供高精度和高可靠性的慣性測(cè)量數(shù)據(jù)。

SMI240完全按照ISO26262:2018 標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，內(nèi)部集成功能安全控制器（SCON），可對(duì)芯片近100個(gè)內(nèi)部信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并提供16位數(shù)據(jù)長度的加速度和角速度信號(hào)，適用于系統(tǒng)滿足ASIL-B等級(jí)功能安全要求的L2+的自動(dòng)駕駛等應(yīng)用。

BMI323是博世最新推出的消費(fèi)電子用慣性測(cè)量單元，將精確的加速度和角速度測(cè)量、以及由運(yùn)動(dòng)觸發(fā)的智能集成功能相結(jié)合，可加快并簡化產(chǎn)品開發(fā)流程，開辟更多創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域，如玩具、遠(yuǎn)程操控設(shè)備，可穿戴設(shè)備、平板電腦和筆記本等。