提升运控检测，这些IMU引领机器人运动技术革新

IMU一直都是MEMS领域中极为重要的一类产品，不管是在消费电子、汽车电子还是工业自动化领域都有着广泛地应用。目前以IMU为主的组合传感器发展非常迅速，且不说在消费类电子市场上各家竞争激烈，在工业自动化运控这个离不开IMU的应用里各家也都在推陈出新。

消费电子和经济趋势正向高灵活性、高生产率和高效率发展，这种发展趋势对制造业施加了混合型、小批量以及按需生产的压力。想要完成这一只要目标，制造业中的自动化设备是重中之重。现如今智能机器人和协作式机器人的确也变得越来越人性化，更具生产力，更智能，并且能够更好地定位，以承担起这些复杂的任务。机器人的定位，从来都离不开IMU，可以说IMU决定了机器人整体里程计的精度。那引领了机器人技术革新的又是哪些性能卓越的IMU呢？

ADI iSensor MEMS IMU

iSensor IMU以常见的多轴方式组合精密陀螺仪、加速度计、磁力计和压力传感器，但常见的方式也做出了不常见的效果。iSensor IMU在极为复杂的应用和动态环境下，依靠专业的技术也能可靠地检测并处理多个自由度。大多数运动传感器可以在一个受控的环境中提供中等水平的精度，但很少有技术能够在高度动态的环境条件下提供高水平的精度。


（图源：ADI）

iSensor系列有很多精密微型IMU，在机器人应用上备受厂商推崇的应该是ADIS16467这个型号。首先这个系列足够简单，同时性价比极高，能将精确的多轴惯性测量技术集成到工业系统中，极大地减少了设计复杂性。

ADIS16467组合了一个3轴陀螺仪和3轴加速度计，每个惯性传感器都结合了信号调节功能以优化动态性能，可以在各种条件下提供准确的测量数据。这听起来好像很简单，但正如前面说的，很少有技术能够在高度动态的环境条件下提供高水平的精度。技术的丰富性远不止这些，系列里所用地专有四核MEMS陀螺仪技术能直接抑制传感元件的g效应偏置影响，而且不需要复杂和昂贵的封装抑制。同时iSensor系列实现了固有的稳定线性——这是一个关键的技术优势，同时仍然能减少成本、功率和尺寸影响。

众所周知ADI的信号处理实力在全球范围内都是数一数二的，这个优势也被iSensor系列利用起来。利用这些信号处理专业知识，所有传感器被优化地组合起来，来保持最大的带宽和相位匹配，即便是在复杂和动态的环境中依然能保持此性能。如果从具体的性能指标来看，我们依然以ADIS16467为例，陀螺仪在所有动态范围内都能提供2°/hr的运行偏置稳定性，角度随机游走仅为0.15，加速度计的稳定性也有13µg的保障。从设计到性能，这个系列都可以说狠狠地革新了一波机器人IMU应用。

BOSCH BMI MEMS IMU

BOSCH的IMU在消费级市场有多叱咤风云想必不用多说了，作为IMU行业的资深玩家，在机器人应用上，BOSCH的BMI系列也助推了机器人应用的发展。


（图源：BOSCH）

上图的BMI088，是BOSCH首推的机器人应用IMU，BMI088由一个16位数字三轴加速度计和一个16位数字三轴陀螺仪组成，这个系列在抵抗恶劣环境上尤为出众。高抗振性以及高温度稳定性能让IMU在恶劣的环境中依然保持极高性能。

BMI088加速度测量范围很广，最高可达24g，在整个动态范围内，配置的加速度计都能提供高振动抑制比和振动鲁棒性。加速度计的极低噪声支持该器件以高精度来跟踪设备的运动。而BMI088配置的陀螺仪具有小于2°/h的偏置稳定性，另外低温偏移系数（TCO）同样低于15mdps/K。

这个系列的高鲁棒性给机器人设计带来了更自有的设计空间，还能从系统层面降低成本。所以国内不少工业机器人和移动机器厂商都选择配置这个系列。

ST iNEMO MEMS IMU

ST也是IMU的老玩家了， iNEMO这个系列会让人有耳目一新的感觉，什么高精度高抗震动这个系列当然也是行业顶级，但是最顶级的，还是这个系列没人能比得过的低功耗。对，没人比得过的低功耗，同类产品中这个系列的功耗永远是最佳的。


（图源：ST）

工业应用里ISM330DLC是这个系列应用较多的IMU，配置了3轴的加速度计和3轴陀螺仪。加速度计满量程最高覆盖16g，陀螺仪覆盖2000dps。另外配置了专用陀螺仪输出链，具有低延迟、低噪声和专用的低通滤波器，用于确保控制回路稳定，再以SPI辅助串行接口为陀螺仪和加速度计提供独立的低噪声低延迟数据输出。其他测量性能直接略过，直接看功耗。

ISM330DLC正常组合模式下为5 mA，高性能组合模式下为0.75 mA。换个角度想，再工业应用领域，这种极低的功耗也说明了器件能长时间为高性能模式提供高精确度和稳定性。在系统层面上，ST也继续给节电做了加法。ST在iNEMO 惯性模块中内嵌了机器学习内核，该MLC能够运行一个传感器内置的分类引擎，通过卸载主处理器的负荷以运行不同的任务。从细节到整体层面，在保证需求精度的前提下，这个系列为IMU机器人应用做到极致的低功耗革新。

TDK InvenSense IMU

TDK在收购InvenSense后，其在IMU领域不管是技术能力还是产品组合都是有着深厚实力的代表。


（图源：TDK）

以InvenSense六轴IMU系列为例，一个三轴陀螺仪和一个三轴加速度计位于同一个硅片上，在噪声水平上，这个系列极低，在温度耐受上，这个系列极稳定，在灵敏度上，这个系列极高。InvenSense IMU在相对精度、传感器吞吐量上绝对是排头兵。

以应用在机器人领域的型号来看，这个系列很突出的一点就是它的噪声密度水平。陀螺仪0.0028dps/Hz的噪声密度水平在机器人应用上是绝对具有吸引力的，加速度计的噪声密度也保持在了75dps/Hz左右，这两项关键的指标说明了该IMU能为机器人路径规划提供准确的数据。

值得一提的是与InvenSense IMU配合的InvenSense MotionApps平台能使用结构化的API使基于运动的复杂性同步降低。

小结

这些性能卓越的，独树一帜特色鲜明的IMU很大程度上推动了机器人产业的发展，为更智能化的机器人未来提供了足够强大的上游支持。