机器人应用达到了最高性能惯性测量单元的什么水平？

从扫地机器人到物流机器人再到工业搬运机器人，这些都可以归为移动机器人。随着移动机器人的普及，每个人都已经习惯了它们的外观。我们常见的移动机器人都属于轮式机器人。虽然它们有各种各样的底盘，但归根结底，它们的运动需要依靠底盘上的轮子来模拟人的运动。

两轮差速底盘应该是目前应用最广泛的移动底盘，两个主动轮搭配一个从动万向轮通过差速转向。扫地机器人和大多数物流AMR都选择了这种移动底盘。尤其是AMR，作为自主导航机器人，机器必须实时知道自己的位置。移动机器人测量自身位置时，离不开IMU提供的绝对角度。可以说，机器人里程表的精度，也就是机器人的“位置感”，与IMU有很大的关系。

IMU的融合已经成为视觉SLAM方案和激光SLAM方案弥补自身导航方案不足的有效手段。自惯性测量单元发展以来，加速度传感器、陀螺仪和磁传感器等微机电系统器件已经集成在一起，以更小的体积和更低的成本辅助机器的运动。本期，我们将选择性能最佳的惯性测量单元的机器人应用，看看它们达到了什么水平。

ADIS16486完整惯性系统

ADIS16486是ADI公司最新的机器人应用惯性系统，应用ADI公司业界领先的iMEMS技术和信号调理功能，优化动态性能。

ADIS16486内置三轴陀螺仪和三轴加速度计，各传感器的灵敏度、失调、对准和线性加速度均经过校准。可以说，每个传感器都配备了动态补偿公式，以提供精确的传感器测量。

内置三轴陀螺仪最重要的灵敏度误差只有0.5%，这是最关键的指标。动态范围为450/s，轴间未对准误差为0.018，运行偏差稳定性为5.3/h，FS非线性仅为0.01%。三轴陀螺仪的精度参数值均为高精度水平，噪声密度极低。同时，三轴数字加速度计的动态范围约为18g。在保证三轴精度的同时，还有角度增量输出和速度增量输出。严格的正交对准可以简化导航系统中惯性坐标系的对准。

惯性系统可承受2000g g的最大机械冲击，串行外设接口和寄存器结构为数据采集和配置控制提供了简单的接口。与复杂昂贵的分立设计相比，这种完整的系统设计简单高效。该系列可以很好地适应各种移动机器人导航系统。

惯性测量单元

ICM-42688-P是TDK为机器人运动跟踪应用开发的高性能6轴惯性测量单元。TDK惯性传感器系列由加速度传感器和陀螺仪传感器组成的IMU组成，其机器人IMU在日本机器人界享有盛誉。

这款6轴MEMS运动传感器在性能上绝对是行业领先的。其噪声、灵敏度和随时间和温度变化的偏置稳定性在业界处于较高水平。其中，陀螺仪最关键的灵敏度误差仍然是0.5%的绝对领先值。在零速率偏移时，可以达到0.5dps的车辆水平。而机器人应用中绝对重要的噪声密度为0.0028dps/Hz，低噪声密度使得机器人更容易获取自身的位置信息。

加速度计的灵敏度误差为0.5%，车辆水平零加速度偏移为40mg。噪声密度为75dps/Hz。通过与TDK RoboVac的合作，IMU可以进一步提升应用性能的独特功能，如与RTC同步的采样、20位ADC和32kHz的ODR。

这个系列还有一个更直接的优势，功耗低。低噪声模式下的A G为880 A；a在低功耗模式下小于50 A，对于移动机器人等中小型机器人来说，低功耗设备往往是厂商的首选。

ISM330DHCX iNEMO惯性模块

之所以称之为iNEMO惯性模块，是因为ST在IMU中集成了互补传感器，提供了比垂直MEMS产品更小、更稳定、更容易组装的惯性模块。集成器件包括加速度计、陀螺仪和磁力计。

ISM330DHCX的传感器元件采用特殊的MEMS技术制造，IC接口采用CMOS技术开发，与传感器元件匹配度较好。与ISM330DHCX中的其他设计不同，加速度计和陀螺仪的传感器元件位于同一硅片上。这种设计最直接的效果是提高了器件的稳定性和鲁棒性。

ISM330DHCX的满量程加速度范围为2/4/8/16 g，角速率范围为125/250/500/1000/2000/4000 DPS，涵盖范围广泛，不仅适用于机器人应用，也适用于大多数工业应用。这个模块虽然是泛工业应用设备，并不是专门为机器人应用推出的，但在整体设计和完美匹配上有着无可争议的优秀性能，可以完美契合移动机器人应用。

首先，为了在系统层面进一步省电，在iNEMO惯性模块中嵌入了机器学习内核。MLC运行传感器内置的分类引擎，卸载主处理器运行不同的任务，内置的传感器可以识别运动数据。此外，多传感器输出的集成使得运动传感系统的精度非常高，可以弥补V-SLAM和激光SLAM在机房导航应用中的缺陷。

总结

在机器人应用中，这些设备属于高性能选择，有些指标甚至是车规应用的水平。惯性测量单元上移动机器人的选择很大程度上决定了其导航水平。如果没有IMU向SLAM这个严重依赖外部数据的系统提供辅助数据，整个导航系统都是盲目的。当移动机器人制造商谈论他们的SLAM导航有多出色和独特时，我们一定不能忘记这些支持SLAM技术的组件的性能是否与之匹配。