IMU在人形机器人中的作用

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在人工智能和大数据大模型的推动下，机器人技术正以前所未有的速度演进，尤其是人形机器人逐渐走进生活的各个领域。人形机器人走进家庭，走进生活，在家务助手，老人扶助，人机交互方面扮演重要角色，各大公司的人形机器人也逐步落地。

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人形机器人在真实世界环境中能否准确无误地完成各种任务、执行各种动作，精准的姿态检测以及控制成为了关键要素。当前技术中，机器人姿态检测方法主要有视觉传感器、激光雷达、IMU等，但视觉传感器、激光雷达等这些方法存在成本较高、受环境因素影响大、使用局限性大、实时性较差等诸多问题。

1 机器人运动功能核心传感器——IMU

在机器人的众多关键技术中，IMU（Inertial Measurement Unit，惯性测量单元）作为一种测量物体三轴姿态角（或角速率）以及加速度的装置，对机器人的精准导航与稳定控制发挥着至关重要的作用。

IMU得益于近年来半导体行业的快速发展，尤其MEMS IMU其成本呈指数级下降，而且惯性测量单元由于其自身检测原理的机制，完全不依赖外部环境，也不受外部环境干扰影响，再配合微处理器（以下简称MCU）的实时处理，以IMU为载体的姿态检测系统存在抗环境干扰强、稳定性好、实时性高、精度高等诸多优点。

IMU产品为机器人的运动控制提供了重要支持，在机器人行走、奔跑或执行各种任务时，IMU可以检测到微小的姿态变化和振动，从而使机器人能够及时调整自身的运动状态，保持稳定。IMU对于那些需要进行高精度操作的机器人来说尤为重要，通过动作的物理分解，将运动数据分为加速度和角速度等状态量，机器人通过学习惯性传感器IMU回传数据的特征来完成复杂动作机器学习，IMU确保机器人的动作准确无误。2 IMU赋能机器人运动

2.1人形机器人对IMU模组的要求

(1) 低成本，高性能

目前市场上基本是采用基于MEMS的多轴加速度和陀螺传感器提供姿态检测，性价比较高的IMU模组通过算法达到较高指标，大幅提升IMU输出性能指标。

(2) 系统稳定性

通过高精度和高动态及360°无死角姿态解算算法，实时捕捉机器人的每一个微小动作，确保各种静态及动态环境中都能保持稳定的加速度角速度和姿态测量，为机器人提供可靠的数据支持，发挥机器人感知世界不可或缺的关键小脑作用。

(3) 高速数据更新率

1kHz数据输出，较高的数据更新率更快的进行实时响应

(4) 小体积，低功耗

紧凑的6轴集成加速度计和陀螺仪

(5) 机器人系统

支持机器人ROS1，ROS2系统

(6) 丰富的接口

支持232，CAN甚至以太网等丰富的接口

2.2 系统指标

(1) 陀螺稳定性<3°/h，陀螺不稳定性：<1°/h

(2) IMU噪声：RMS噪声大概在0.01-0.05范围

(3) 机器人动静态快速切换：静态条件下角度不发生变化，动静态切换时不跳动

(4) 机器人姿态角度范围：pitch，roll，yaw均为±π

(5) 机器人姿态误差：全角度范围内，姿态误差为0.2°；

2.3 市场方案

目前为机器人提供IMU模组方案的供应商已基本为国内本土设计公司，产品成熟可靠，领头公司有导远科技，华依科技，原极等公司。

华依科技

导远科技

3 结束语

基于MEMS的基于惯性测量单元IMU的机器人姿态检测方法及系统，提供成本低、精度高、实时性强、受环境因素影响小的机器人姿态检测方案，支持ROS系统，具有高速信号传输能力，有效解决了传统机器人姿态检测方案成本高、易受干扰、精度低等问题，旨在提供高精度、高稳定性、高动态的机器人姿态检测方案及系统。

在未来，随着技术的不断进步，IMU 在机器人应用中的作用将更加凸显。我们可以期待，搭载着先进 IMU 的机器人将为我们的生活带来更多的便利和惊喜。无论是在家庭服务、医疗护理、工业生产还是科学探索等领域，IMU 都将助力机器人发挥出更大的潜力。

网址：IMU在人形机器人中的作用 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/863616

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