提升運控檢測，這些IMU引領(lǐng)機器人運動技術(shù)革新

IMU一直都是MEMS領(lǐng)域中極為重要的一類產(chǎn)品，不管是在消費電子、汽車電子還是工業(yè)自動化領(lǐng)域都有著廣泛地應(yīng)用。目前以IMU為主的組合傳感器發(fā)展非常迅速，且不說在消費類電子市場上各家競爭激烈，在工業(yè)自動化運控這個離不開IMU的應(yīng)用里各家也都在推陳出新。

消費電子和經(jīng)濟趨勢正向高靈活性、高生產(chǎn)率和高效率發(fā)展，這種發(fā)展趨勢對制造業(yè)施加了混合型、小批量以及按需生產(chǎn)的壓力。想要完成這一只要目標，制造業(yè)中的自動化設(shè)備是重中之重。現(xiàn)如今智能機器人和協(xié)作式機器人的確也變得越來越人性化，更具生產(chǎn)力，更智能，并且能夠更好地定位，以承擔起這些復雜的任務(wù)。機器人的定位，從來都離不開IMU，可以說IMU決定了機器人整體里程計的精度。那引領(lǐng)了機器人技術(shù)革新的又是哪些性能卓越的IMU呢？

ADI iSensor MEMS IMU

iSensor IMU以常見的多軸方式組合精密陀螺儀、加速度計、磁力計和壓力傳感器，但常見的方式也做出了不常見的效果。iSensor IMU在極為復雜的應(yīng)用和動態(tài)環(huán)境下，依靠專業(yè)的技術(shù)也能可靠地檢測并處理多個自由度。大多數(shù)運動傳感器可以在一個受控的環(huán)境中提供中等水平的精度，但很少有技術(shù)能夠在高度動態(tài)的環(huán)境條件下提供高水平的精度。


（圖源：ADI）

iSensor系列有很多精密微型IMU，在機器人應(yīng)用上備受廠商推崇的應(yīng)該是ADIS16467這個型號。首先這個系列足夠簡單，同時性價比極高，能將精確的多軸慣性測量技術(shù)集成到工業(yè)系統(tǒng)中，極大地減少了設(shè)計復雜性。

ADIS16467組合了一個3軸陀螺儀和3軸加速度計，每個慣性傳感器都結(jié)合了信號調(diào)節(jié)功能以優(yōu)化動態(tài)性能，可以在各種條件下提供準確的測量數(shù)據(jù)。這聽起來好像很簡單，但正如前面說的，很少有技術(shù)能夠在高度動態(tài)的環(huán)境條件下提供高水平的精度。技術(shù)的豐富性遠不止這些，系列里所用地專有四核MEMS陀螺儀技術(shù)能直接抑制傳感元件的g效應(yīng)偏置影響，而且不需要復雜和昂貴的封裝抑制。同時iSensor系列實現(xiàn)了固有的穩(wěn)定線性——這是一個關(guān)鍵的技術(shù)優(yōu)勢，同時仍然能減少成本、功率和尺寸影響。

眾所周知ADI的信號處理實力在全球范圍內(nèi)都是數(shù)一數(shù)二的，這個優(yōu)勢也被iSensor系列利用起來。利用這些信號處理專業(yè)知識，所有傳感器被優(yōu)化地組合起來，來保持最大的帶寬和相位匹配，即便是在復雜和動態(tài)的環(huán)境中依然能保持此性能。如果從具體的性能指標來看，我們依然以ADIS16467為例，陀螺儀在所有動態(tài)范圍內(nèi)都能提供2°/hr的運行偏置穩(wěn)定性，角度隨機游走僅為0.15，加速度計的穩(wěn)定性也有13μg的保障。從設(shè)計到性能，這個系列都可以說狠狠地革新了一波機器人IMU應(yīng)用。

BOSCH BMI MEMS IMU

BOSCH的IMU在消費級市場有多叱咤風云想必不用多說了，作為IMU行業(yè)的資深玩家，在機器人應(yīng)用上，BOSCH的BMI系列也助推了機器人應(yīng)用的發(fā)展。


（圖源：BOSCH）

上圖的BMI088，是BOSCH首推的機器人應(yīng)用IMU，BMI088由一個16位數(shù)字三軸加速度計和一個16位數(shù)字三軸陀螺儀組成，這個系列在抵抗惡劣環(huán)境上尤為出眾。高抗振性以及高溫度穩(wěn)定性能讓IMU在惡劣的環(huán)境中依然保持極高性能。

BMI088加速度測量范圍很廣，最高可達24g，在整個動態(tài)范圍內(nèi)，配置的加速度計都能提供高振動抑制比和振動魯棒性。加速度計的極低噪聲支持該器件以高精度來跟蹤設(shè)備的運動。而BMI088配置的陀螺儀具有小于2°/h的偏置穩(wěn)定性，另外低溫偏移系數(shù)（TCO）同樣低于15mdps/K。

這個系列的高魯棒性給機器人設(shè)計帶來了更自有的設(shè)計空間，還能從系統(tǒng)層面降低成本。所以國內(nèi)不少工業(yè)機器人和移動機器廠商都選擇配置這個系列。

ST iNEMO MEMS IMU

ST也是IMU的老玩家了， iNEMO這個系列會讓人有耳目一新的感覺，什么高精度高抗震動這個系列當然也是行業(yè)頂級，但是最頂級的，還是這個系列沒人能比得過的低功耗。對，沒人比得過的低功耗，同類產(chǎn)品中這個系列的功耗永遠是最佳的。


（圖源：ST）

工業(yè)應(yīng)用里ISM330DLC是這個系列應(yīng)用較多的IMU，配置了3軸的加速度計和3軸陀螺儀。加速度計滿量程最高覆蓋16g，陀螺儀覆蓋2000dps。另外配置了專用陀螺儀輸出鏈，具有低延遲、低噪聲和專用的低通濾波器，用于確保控制回路穩(wěn)定，再以SPI輔助串行接口為陀螺儀和加速度計提供獨立的低噪聲低延遲數(shù)據(jù)輸出。其他測量性能直接略過，直接看功耗。

ISM330DLC正常組合模式下為5 mA，高性能組合模式下為0.75 mA。換個角度想，再工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，這種極低的功耗也說明了器件能長時間為高性能模式提供高精確度和穩(wěn)定性。在系統(tǒng)層面上，ST也繼續(xù)給節(jié)電做了加法。ST在iNEMO 慣性模塊中內(nèi)嵌了機器學習內(nèi)核，該MLC能夠運行一個傳感器內(nèi)置的分類引擎，通過卸載主處理器的負荷以運行不同的任務(wù)。從細節(jié)到整體層面，在保證需求精度的前提下，這個系列為IMU機器人應(yīng)用做到極致的低功耗革新。

TDK InvenSense IMU

TDK在收購InvenSense后，其在IMU領(lǐng)域不管是技術(shù)能力還是產(chǎn)品組合都是有著深厚實力的代表。


（圖源：TDK）

以InvenSense六軸IMU系列為例，一個三軸陀螺儀和一個三軸加速度計位于同一個硅片上，在噪聲水平上，這個系列極低，在溫度耐受上，這個系列極穩(wěn)定，在靈敏度上，這個系列極高。InvenSense IMU在相對精度、傳感器吞吐量上絕對是排頭兵。

以應(yīng)用在機器人領(lǐng)域的型號來看，這個系列很突出的一點就是它的噪聲密度水平。陀螺儀0.0028dps/Hz的噪聲密度水平在機器人應(yīng)用上是絕對具有吸引力的，加速度計的噪聲密度也保持在了75dps/Hz左右，這兩項關(guān)鍵的指標說明了該IMU能為機器人路徑規(guī)劃提供準確的數(shù)據(jù)。

值得一提的是與InvenSense IMU配合的InvenSense MotionApps平臺能使用結(jié)構(gòu)化的API使基于運動的復雜性同步降低。

小結(jié)

這些性能卓越的，獨樹一幟特色鮮明的IMU很大程度上推動了機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為更智能化的機器人未來提供了足夠強大的上游支持。