IMU在人形机器人中发挥的作用主要体现在精确的姿态控制和平衡维持、导航和定位、动作执行和路径规划3 个方面,具体看其应用方向在于惯性导航和测量稳控。
姿态控制和平衡:惯性稳控是通过连续监测系统姿态与位置变化,利用伺服机构动态调整系统姿态,帮助机 器人维持稳定的姿态和平衡。人形机器人在执行各种动作中,需要精确地控制机体姿态和平衡。
导航和定位:通过对角速率和线加速度按时间积分以及叠加运算,可以动态确定自身位置变化,其优势在于 不借助外源信息,可以独立使用。同时IMU可以与卫星定位结合,提供准确的室内和室外定位信息,人形机 器人在复杂环境中导航和定位的能力大大提升。
动作执行和路径规划:基于IMU的测量数据,人形机器人可以更精确地执行各种动作,如行走、转弯、跳跃 等。此外,IMU数据还可以用于路径规划,帮助机器人避开障碍物,规划出更合理的运动轨迹。
何为惯性传感器和IMU?
MEMS 加速度计通常由质量块、阻尼器、弹性元件、电容极板(适用于电容式加速度计)和ASIC芯片 (专用集成电路芯片)等部分组成。根据测量维度的不同,加速度计分为单轴、二轴、三轴三种类型。相 比单轴、二轴加速度计仅能检测平面的运动状态改变,三轴加速度计可以实现单一产品测量三维空间的加 速度,从而满足微型化及更多领域的应用需求。
分类:根据感测原理,MEMS 加速度计可分为压阻式、电容式以及热式等多种类型。由于电容式MEMS 加速度计具有高灵敏度、高精度、低温度敏感的特点, 其在市场中占据主导地位。
工作原理:电容式MEMS加速度计是将质量块和可动极板一体制造成梳状结构,并与固定极板形成距离 可变的平行电容板结构。当被测量物体运动状态变化带动芯片内质量块移动时,会带动可动极板移动, 使得可动极板和固定极板间的距离改变,导致两极板间电容值随之改变。此时,ASIC芯片再将电容值的 变化转化成电学信号,运算得到加速度物理量。