利用IMU增强基于视觉的机器人功能-欧美大地仪器

在不断发展的机器人技术领域，尤其是在自主系统中，集成各种传感技术不仅是一种趋势，而且是一种必然。虽然摄像头和激光雷达等视觉系统在导航和环境交互中起着关键作用，但在这些机器人中加入惯性测量单元（IMU）的好处也逐渐成为共识。本文将深入探讨在配备视觉系统的自主机器人中添加 IMU 不仅有益，而且必不可少的实际应用场景。

了解 IMU：基础知识

IMU 是一种传感器设备，通过加速度计和陀螺仪的组合，有时也使用磁力计来测量和报告物体的比力、角速度，有时还测量和报告物体周围的磁场。IMU 通常用于操纵地面车辆、飞机（包括无人机）和航天器（包括卫星和着陆器）。

IMU 的主要优势

运动跟踪：IMU 通过测量线性和角度运动提供精确的运动数据。

方向和稳定性： 它们在确定机器人的方向以及在运动过程中保持稳定方面发挥着至关重要的作用。例如，MicroStrain 3DM-GV7-AHRS 提供战术级陀螺仪和用于绝对航向跟踪的集成磁力计，增强了机器人的运动检测和定向能力。

独立功能： 与视觉系统不同，IMU 不依赖于外部环境因素，可以在各种恶劣条件下工作。

机器人视觉系统

包括摄像头和激光雷达在内的视觉系统已成为机器人领域，尤其是自主导航领域的支柱。它们提供环境制图、物体检测和实时决策功能。

纯视觉系统面临的挑战

能见度有限的条件： 光线不足或遮挡会大大降低视觉系统的性能。

环境限制： 特定环境可能不利于光学方法的使用，如水下或灰尘极多的环境。

处理密集： 视觉数据处理的计算成本可能很高，需要大量的电力和资源。

何时将 IMU 与视觉系统机器人集成

在具有挑战性的环境中增强导航功能

在视觉线索不可靠或不可用的环境中，IMU 可以提供有关机器人运动和方向的关键信息。例如，在烟雾弥漫的房间或雾气弥漫的环境中，摄像头和激光雷达都难以发挥作用，IMU 可确保持续的导航数据。

提高准确性和稳定性

将 IMU 数据与视觉系统相结合，可以使机器人的运动更加精确和稳定。IMU 可以补偿视觉数据中的任何暂时性缺失，从而确保更平稳的运行，并降低错误运动或漂移的风险。

高可靠性应用的冗余

在自动驾驶汽车或医疗机器人等对稳定的故障安全操作至关重要的应用场景中，备用系统是必不可少的。IMU 可提供额外的数据源，确保机器人在视觉系统出现复杂情况或故障时仍能保持其功能

动态环境中的实时运动反馈

在条件瞬息万变的动态环境中，IMU 提供的即时反馈对于快速调整和决策非常重要，是对视觉系统更广泛但有时较慢的数据处理的补充。

长期运行中的能源效率

对于需要长时间运行的应用，仅仅依靠视觉系统可能会耗尽能源。IMU 功耗较低，可以在节约能源的同时提供重要的导航数据。

结论

是否将 IMU 集成到基于视觉的自主机器人中取决于具体的应用要求和环境条件。在对精度、可靠性和操作弹性要求极高的情况下，IMU 和视觉技术的协同作用可以释放出新的功能，提高机器人系统的整体性能。随着我们在机器人技术领域的进步，协调不同的传感器输入将不仅仅是一种选择，而是创建稳健、多用途和高效自主系统的必要条件。

产品介绍

3DM-GV7-AHRS

传感器

• 战术级陀螺仪（1.5°/小时偏差不稳定性）

• 在整个温度范围内完全校准

• 横滚/俯仰精度

• 静态：0.25

• 动态：0.5

• 集成磁力计，用于绝对航向跟踪

操作

• 可调采样率高达 1 KHz

• 用户可选加速度计和陀螺仪范围
  

• 出厂支持 ROS1 和 ROS2 驱动程序

• 用于姿态估计的板载扩展卡尔曼滤波器

• MSCL：开放源码应用程序接口，便于集成
  

• SensorConnect：用于配置、控制、显示和记录的软件

封装

• 17.7 g

• 精密校准功能
  

• IP68 强化封装

• 结构紧凑、外形小巧
  

• 精密加工的阳极氧化铝外壳

• 工作温度范围 -40 至 +85°C
  

• 36.2 mm x 36.6 mm x 10.2 mm

如果您对IMU有兴趣，欢迎联系欧美大地仪器。