提升机器人运控检测的传感器：MEMS惯性测量器件
夜长梦山
2023-06-21 10:42:06
提升机器人运控检测的传感器：MEMS惯性测量器件【长江机械-赵智勇团队】
惯性测量单元（IMU）是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置，MEMS惯性传感器指采用MEMS工艺制备的惯性传感器。通常一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，三个磁力计是可选项。IMU可测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态，是机器人平衡和稳定行走的关键传感器。
[庆祝]IMU在人形机器人中的应用包括以下层面：
1）抗扰：克服行走过程中的外界干扰是人形机器人适应复杂环境的前提，抗扰是人形机器人领域的核心研究之一。可以在人形机器人上安装 IMU 传感器来检测是否有干扰以及干扰的物理特性。
2）测量局部地形：通过本体感受器和IMU实时估计局部地形，并利用控制器实现闭环控制，从而实现在不平坦地面上稳定的动态双足行走。可以在人形机器人躯干处安装IMU测量地面的倾斜度，也可以在足部安装IMU来提升测量精度。
3）测量振动：人形机器人在行走过程中难免出现震动，进而导致行走不稳定及疲劳损伤等问题，而减震首先需要对振动进行估计。通过IMU传感器可以获取人形机器人的频率响应。
4）平衡控制：IMU可以估计姿态和位置 (x, y, z) 、方向 (摇摆、偏航、俯仰) 的六个自由度，因此人形机器人通常使用 IMU 来测量身体的姿态，从而实现平衡控制、抵抗干扰，甚至规划路径。通常将IMU安装在躯干或脚部对身体进行实时姿态估计。
5）跌倒检测：IMU还可以通过测量加速度和角速度来进行人形机器人的跌倒检测（根据定义的跌倒检测标准估计系统状态）。
在实际应用端，以美国宇航局人形机器人Valkyrie为例，其骨盆包含2个IMU，此前特斯拉也展示了基于IMU的运动捕捉技术。我们认为，目前国产化率仍较低，有望成为人形机器人放量受益环节。国内MEMS传感器厂商主要包括士兰微、美新半导体（非上市）、明皜传感（苏州固锝子公司）、矽睿科技（非上市）、深迪半导体（非上市）、敏芯股份等。
惯性测量单元（IMU）是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置，MEMS惯性传感器指采用MEMS工艺制备的惯性传感器。通常一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，三个磁力计是可选项。IMU可测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态，是机器人平衡和稳定行走的关键传感器。
[庆祝]IMU在人形机器人中的应用包括以下层面：
1）抗扰：克服行走过程中的外界干扰是人形机器人适应复杂环境的前提，抗扰是人形机器人领域的核心研究之一。可以在人形机器人上安装 IMU 传感器来检测是否有干扰以及干扰的物理特性。
2）测量局部地形：通过本体感受器和IMU实时估计局部地形，并利用控制器实现闭环控制，从而实现在不平坦地面上稳定的动态双足行走。可以在人形机器人躯干处安装IMU测量地面的倾斜度，也可以在足部安装IMU来提升测量精度。
3）测量振动：人形机器人在行走过程中难免出现震动，进而导致行走不稳定及疲劳损伤等问题，而减震首先需要对振动进行估计。通过IMU传感器可以获取人形机器人的频率响应。
4）平衡控制：IMU可以估计姿态和位置 (x, y, z) 、方向 (摇摆、偏航、俯仰) 的六个自由度，因此人形机器人通常使用 IMU 来测量身体的姿态，从而实现平衡控制、抵抗干扰，甚至规划路径。通常将IMU安装在躯干或脚部对身体进行实时姿态估计。
5）跌倒检测：IMU还可以通过测量加速度和角速度来进行人形机器人的跌倒检测（根据定义的跌倒检测标准估计系统状态）。
在实际应用端，以美国宇航局人形机器人Valkyrie为例，其骨盆包含2个IMU，此前特斯拉也展示了基于IMU的运动捕捉技术。我们认为，目前国产化率仍较低，有望成为人形机器人放量受益环节。国内MEMS传感器厂商主要包括士兰微、美新半导体（非上市）、明皜传感（苏州固锝子公司）、矽睿科技（非上市）、深迪半导体（非上市）、敏芯股份等。
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士兰微
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苏州固锝
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