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爱普生惯性测量单元的工作原理

  • Jan 21,2025
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IMU(惯性测量单元,Inertial Measurement Unit)测量物体的角度信息主要依赖于其内部的加速度计和陀螺仪。这两种传感器协同工作,通过特定的算法处理数据,以提供物体的姿态信息,包括俯仰角、横滚角和偏航角。

IMU测量角度信息的原理
1.加速度计:
原理:加速度计通过测量物体在三个方向上的线性加速度来工作。在静止或匀速直线运动状态下,加速度计能够测量到重力加速度在三个轴上的分量,从而推算出物体的倾斜角度(俯仰角和横滚角)。
应用:在没有外力作用的情况下,加速度计能够精确地测量俯仰角和横滚角,且没有累积误差。这是因为重力加速度是一个恒定的向量,其方向指向地心,通过测量重力加速度与IMU各轴之间的夹角,即可确定物体的倾斜角度。
2.陀螺仪:
原理:陀螺仪用于测量物体绕各轴的角速度。当陀螺仪绕某一轴旋转时,会产生一个与旋转轴垂直的力(科氏力),这个力会使陀螺仪内部的敏感元件发生偏转,从而测量到角速度的大小和方向。
应用:通过积分陀螺仪测量的角速度数据,可以得到物体在一定时间内的旋转角度(包括偏航角)。然而,由于积分过程中会累积误差(如漂移误差),因此陀螺仪单独使用时通常无法长时间保持高精度的角度测量。

IMU通过组合加速度计和陀螺仪的读数,并应用特定的算法(如卡尔曼滤波、互补滤波等)来融合这两种传感器的数据,从而提供准确、稳定的姿态(角度)信息。加速度计用于修正陀螺仪的积分漂移误差,而陀螺仪则提供加速度计无法直接测量的快速动态变化信息。这种组合方式使得IMU能够在各种复杂环境下实现高精度的角度测量。


IMU通过加速度计测量物体的倾斜角度(俯仰角和横滚角),并通过陀螺仪测量角速度并积分得到旋转角度(偏航角)。通过融合这两种传感器的数据,IMU能够提供准确、稳定的物体姿态信息。这种技术在航空航天、汽车与无人驾驶、机器人、无人机等领域有着广泛的应用。