什么是IMU ？ 搭載IMU的掃地機器人有何區(qū)別

你的掃地機器人是不是總有盲區(qū)打掃不到，常常需要你“擦屁股”？

你的掃地機器人是不是遇到障礙就報錯，使你不得不手動歸位？

你的掃地機器人是不是每逢墻角就“面壁思過”，撞破南墻也不回頭？

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放心，當有了IMU（慣性測量單元）后，這樣的囧況就能輕松解決~

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什么是IMU ？?

答案

IMU全名為Inertial Measurement Unit, 即慣性測量單元。

IMU通常包含一個3軸加速度計和一個3軸的陀螺儀，是測量物體三軸姿態(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)，在各個領域中都有著重要的應用價值。

讓我們回到開頭提到的“困境”：搭載了高精度高性能的IMU，掃地機器人就可以大幅度提高清掃運行軌跡的記錄精度，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；甚至能夠結合紅外信號的引導回歸充電插座，一方面大大提升了清掃效率，另一方面也讓使用體驗變得更加友好。

但IMU的用途可不僅局限于此，無論是近在眼前的各類電子產品和車輛中，還是遠在天邊的衛(wèi)星飛機內，得益于IMU的基礎通用性，其應用場景仍在不斷擴展。

今天，小編就帶大家進一步了解這些熟悉又陌生的領域，領略一下在我們身邊的IMU應用。

耳穿戴設備人機交互

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

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耳機內的IMU可以對于頭部姿態(tài)和轉動進行精準識別。搭配手機內的傳感器獲取耳部/頭部的相對位置，從而對于音頻效果進行調整，為用戶帶來更加真實的聽覺感受。

汽車高精定位系統(tǒng)

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

在高精定位的應用中，有兩種關鍵的定位方案相輔相成：一是通過環(huán)境感知傳感器，如激光雷達和攝像頭采集環(huán)境信息，結合高精特征地圖來實現(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，精準避障。二是通過GNSS（全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)）實時獲取衛(wèi)星信號，再結合RTK（實時差分定位）服務進行誤差補償校準來進行空曠路段高速行駛的導航。

但這兩種實現(xiàn)方式都有其不足之處：激光雷達和攝像頭采集的環(huán)境信息會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。

但慣性測量單元IMU（inertial measurement unit）技術的發(fā)展逐漸彌補了激光雷達、攝像頭、GNSS系統(tǒng)的不足。作為慣性導航系統(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)有技術提供關鍵的數(shù)據(jù)補充，使得系統(tǒng)高精組合導航得以實現(xiàn)。

專業(yè)體育運動追蹤

專業(yè)級的運動追蹤設備正在受到運動愛好者和專業(yè)人士的追捧，尤其是專業(yè)競技和康復治療領域的需求逐漸顯現(xiàn)，主要通過動作捕捉、標記和跟蹤身體運動，并且將這些信息轉換為體育和醫(yī)療行業(yè)中的研究和應用的數(shù)據(jù)以實現(xiàn)市場價值。因此更為精準、性價比更高的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，其出色的動作捕捉能力，在運動員做研究或日常訓練使用均可滿足。

IMU用于收集運動數(shù)據(jù)，對速度、傾斜、旋轉甚至運動角度進行測量和計算，由于其體積很小、可與運動訓練設備集成在一起，同時功耗較低、因此無需太多電量即可連續(xù)收集數(shù)據(jù)，并提供實時反饋。

目前，全球已有一百多家公司正在提供IMU運動傳感器測評系統(tǒng)解決方案，基于IMU對運動員的動作進行精細分析有望迎來新浪潮。

虛擬/增強現(xiàn)實（AR）應用

為了打造更加真實和身臨其境的虛擬/增強現(xiàn)實體驗，讓用戶能夠長時間地融入虛擬環(huán)境至關重要，這意味著以IMU為主流、數(shù)量眾多的運動傳感器需要極其敏感、精確、堅固和迅速響應的能力。特別是頭部、軀干、關節(jié)、手指等身體部位運動的超精確瞬時檢測，并將時間延遲縮短至幾乎不可察覺的最小值，確保身體動作與畫面同步，才能減少令人不適的暈動病效應或體驗割裂感。因此，集成多種功能的緊湊型MEMS IMU往往是這一類消費級應用的首選。

此外，制造業(yè)中的AR應用也在快速崛起。工人可以使用AR設備隨時訪問重要的技術信息，并確定正在使用的機器以及危險區(qū)域的位置等。

例如飛機制造商使用AR眼鏡來協(xié)助技術人員為飛機布線， 從而縮短生產時間并減少出錯。這些嚴苛的應用場景也將極大地依賴高精度、高可靠的IMU來實現(xiàn)。

無人機平穩(wěn)飛行

去年，NASA機智號直升機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，機智號火星直升機可謂是創(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、極端振動的挑戰(zhàn)，通過收集有關直升機的行進速度和方向數(shù)據(jù)，為“機智號”飛行穩(wěn)定性保駕護航。

不止在外太空，IMU更是無人機進入現(xiàn)實生活應用場景的關鍵因素。高精度、可靠的IMU可以極大提升無人機的飛行能力，結合系統(tǒng)硬件、軟件和算法的協(xié)同工作，實現(xiàn)例如完美懸停或急轉彎等復雜操作，還可以結合衛(wèi)星定位技術，打造高精度導航的能力，有助于實現(xiàn)攝影、農業(yè)、交通安全或簡單的娛樂等多種應用。

博世在慣性MEMS傳感器和加速度計領域已有超過20年的經(jīng)驗，不僅成為了車規(guī)級IMU市場的領軍者，還將其確保高可靠性和高性能的技術基礎帶入消費電子傳感器領域。就在今年，博世再度推出兩款IMU產品，分別針對汽車電子和消費電子領域應用，再度刷新IMU性能天花板。

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

SMI240完全按照ISO26262:2018 標準開發(fā)，內部集成功能安全控制器（SCON），可對芯片近100個內部信號進行實時監(jiān)控并提供16位數(shù)據(jù)長度的加速度和角速度信號，適用于系統(tǒng)滿足ASIL-B等級功能安全要求的L2+的自動駕駛等應用。

BMI323是博世最新推出的消費電子用慣性測量單元，將精確的加速度和角速度測量、以及由運動觸發(fā)的智能集成功能相結合，可加快并簡化產品開發(fā)流程，開辟更多創(chuàng)新應用領域，如玩具、遠程操控設備，可穿戴設備、平板電腦和筆記本等。

隨著IMU性能的提升與突破，相信其應用潛力還將在更多細分領域有所體現(xiàn)。讓我們一起期待它更精妙的應用，見證IMU賦能智慧未來~

編輯：黃飛

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