什么是IMU ？ 搭载IMU的扫地机器人有何区别

你的扫地机器人是不是总有盲区打扫不到，常常需要你“擦屁股”？

你的扫地机器人是不是遇到障碍就报错，使你不得不手动归位？

你的扫地机器人是不是每逢墙角就“面壁思过”，撞破南墙也不回头？

 

放心，当有了IMU（惯性测量单元）后，这样的囧况就能轻松解决~

 

什么是IMU ？ 

答案

IMU全名为Inertial Measurement Unit, 即惯性测量单元。

IMU通常包含一个3轴加速度计和一个3轴的陀螺仪，是测量物体三轴姿态角（或角度率）以及加速度的装置。简而言之，IMU能够通过测量载体在三维空间中的角度和加速度，从而解算出载体的位置和姿态，在各个领域中都有着重要的应用价值。

让我们回到开头提到的“困境”：搭载了高精度高性能的IMU，扫地机器人就可以大幅度提高清扫运行轨迹的记录精度，不仅可以走出弓字形、回字形、螺旋形等复杂路线，还能够获得全局规划的清扫区域路径；甚至能够结合红外信号的引导回归充电插座，一方面大大提升了清扫效率，另一方面也让使用体验变得更加友好。

但IMU的用途可不仅局限于此，无论是近在眼前的各类电子产品和车辆中，还是远在天边的卫星飞机内，得益于IMU的基础通用性，其应用场景仍在不断扩展。

今天，小编就带大家进一步了解这些熟悉又陌生的领域，领略一下在我们身边的IMU应用。

耳穿戴设备人机交互

IMU能在近几年非常火的TWS耳机中应用，IMU可以赋能耳穿戴设备实现创新的人机交互方式，例如佩戴检测、头部操控、敲击检测（加速度计）等，更重要的是，它能助力3D音频效果的实现。

 

耳机内的IMU可以对于头部姿态和转动进行精准识别。搭配手机内的传感器获取耳部/头部的相对位置，从而对于音频效果进行调整，为用户带来更加真实的听觉感受。

汽车高精定位系统

高精定位是实现高级辅助驾驶和自动驾驶应用的必要条件之一。车辆要实现L2+的自动驾驶体验，就需要根据不同的应用场景、不同的精度要求和不同的功能安全等级，来选择系统所搭载的硬件类型。

在高精定位的应用中，有两种关键的定位方案相辅相成：一是通过环境感知传感器，如激光雷达和摄像头采集环境信息，结合高精特征地图来实现定位功能。这使得车辆在城市道路中能规划最合适的路径，精准避障。二是通过GNSS（全球导航卫星系统）实时获取卫星信号，再结合RTK（实时差分定位）服务进行误差补偿校准来进行空旷路段高速行驶的导航。

但这两种实现方式都有其不足之处：激光雷达和摄像头采集的环境信息会受天气和遮挡物的影响；GNSS系统在隧道、高层密集楼宇这些卫星信号不能覆盖的地方就不能获得精确的车辆定位信息。

但惯性测量单元IMU（inertial measurement unit）技术的发展逐渐弥补了激光雷达、摄像头、GNSS系统的不足。作为惯性导航系统INS（inertial navigation system）中的核心器件，IMU不受外界环境的影响，根据惯性数据为现有技术提供关键的数据补充，使得系统高精组合导航得以实现。

专业体育运动追踪

专业级的运动追踪设备正在受到运动爱好者和专业人士的追捧，尤其是专业竞技和康复治疗领域的需求逐渐显现，主要通过动作捕捉、标记和跟踪身体运动，并且将这些信息转换为体育和医疗行业中的研究和应用的数据以实现市场价值。因此更为精准、性价比更高的IMU解决方案正在成为更好的选择。

例如嵌入IMU的可穿戴紧身衣由于其便携性而变得越来越流行，其出色的动作捕捉能力，在运动员做研究或日常训练使用均可满足。

IMU用于收集运动数据，对速度、倾斜、旋转甚至运动角度进行测量和计算，由于其体积很小、可与运动训练设备集成在一起，同时功耗较低、因此无需太多电量即可连续收集数据，并提供实时反馈。

目前，全球已有一百多家公司正在提供IMU运动传感器测评系统解决方案，基于IMU对运动员的动作进行精细分析有望迎来新浪潮。

虚拟/增强现实（AR）应用

为了打造更加真实和身临其境的虚拟/增强现实体验，让用户能够长时间地融入虚拟环境至关重要，这意味着以IMU为主流、数量众多的运动传感器需要极其敏感、精确、坚固和迅速响应的能力。特别是头部、躯干、关节、手指等身体部位运动的超精确瞬时检测，并将时间延迟缩短至几乎不可察觉的最小值，确保身体动作与画面同步，才能减少令人不适的晕动病效应或体验割裂感。因此，集成多种功能的紧凑型MEMS IMU往往是这一类消费级应用的首选。

此外，制造业中的AR应用也在快速崛起。工人可以使用AR设备随时访问重要的技术信息，并确定正在使用的机器以及危险区域的位置等。

例如飞机制造商使用AR眼镜来协助技术人员为飞机布线， 从而缩短生产时间并减少出错。这些严苛的应用场景也将极大地依赖高精度、高可靠的IMU来实现。

无人机平稳飞行

去年，NASA机智号直升机登陆火星并首飞成功，作为第一架尝试在地球以外星球上飞行的飞机，机智号火星直升机可谓是创造了奇迹。你知道吗，在这其中，一直都有我们博世的惯性测量单元BMI160的陪伴。BMI160在火星上经受住了极端温度、极端振动的挑战，通过收集有关直升机的行进速度和方向数据，为“机智号”飞行稳定性保驾护航。

不止在外太空，IMU更是无人机进入现实生活应用场景的关键因素。高精度、可靠的IMU可以极大提升无人机的飞行能力，结合系统硬件、软件和算法的协同工作，实现例如完美悬停或急转弯等复杂操作，还可以结合卫星定位技术，打造高精度导航的能力，有助于实现摄影、农业、交通安全或简单的娱乐等多种应用。

博世在惯性MEMS传感器和加速度计领域已有超过20年的经验，不仅成为了车规级IMU市场的领军者，还将其确保高可靠性和高性能的技术基础带入消费电子传感器领域。就在今年，博世再度推出两款IMU产品，分别针对汽车电子和消费电子领域应用，再度刷新IMU性能天花板。

博世全新车用高精度惯性测量单元SMI240使用小型LGA封装，内部集成三轴陀螺仪和三轴加速度计，符合车规级AEC-Q100 Grade2，为系统提供高精度和高可靠性的惯性测量数据。

SMI240完全按照ISO26262:2018 标准开发，内部集成功能安全控制器（SCON），可对芯片近100个内部信号进行实时监控并提供16位数据长度的加速度和角速度信号，适用于系统满足ASIL-B等级功能安全要求的L2+的自动驾驶等应用。

BMI323是博世最新推出的消费电子用惯性测量单元，将精确的加速度和角速度测量、以及由运动触发的智能集成功能相结合，可加快并简化产品开发流程，开辟更多创新应用领域，如玩具、远程操控设备，可穿戴设备、平板电脑和笔记本等。

随着IMU性能的提升与突破，相信其应用潜力还将在更多细分领域有所体现。让我们一起期待它更精妙的应用，见证IMU赋能智慧未来~

编辑：黄飞