IMU（Inertial Measuring Unit，慣性測量單元）是一種能夠測量物體在三個(gè)正交方向的加速度和角加速度的裝置?；?IMU 采集的數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步處理從而獲得物體的速度和位移等位置信息。IMU為慣性測量單元，最常見的為6軸IMU，能夠提供三軸的加速度和三軸角速度。MEMS 加速度計(jì)基于牛頓第三定律，將感知到的軸向加速度轉(zhuǎn)換成電信號， MEMS 陀螺儀基于角動(dòng)量守恒原理及科里奧效應(yīng)，將感知到的軸向角速度轉(zhuǎn)換成電信號，電信號在數(shù)字化后經(jīng)過一個(gè)數(shù)字信號處理過程，在零點(diǎn)和靈敏度校正后輸出。三個(gè)互相正交的加速度計(jì)和陀螺儀組成了6軸IMU。由于MEMS 陀螺儀的精度有限，沒法根據(jù)地球自轉(zhuǎn)角速度完成指北操作，同時(shí)加速度計(jì)雖能夠?qū)Ω┭鼋呛透┭鼋沁M(jìn)行觀測，但對航向角不可觀，所以有的MEMS IMU中還有三軸的磁力計(jì)，以提供航向角的有效觀測，組成了9軸的IMU。IMU 的應(yīng)用場景廣泛，導(dǎo)航為前景廣闊的重要場景之一。高性能 IMU 應(yīng)用逐漸拓展到無人系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛、高端工業(yè)、高可靠等領(lǐng)域，而中低性能 IMU 主要應(yīng)用于消費(fèi)電子和汽車等領(lǐng)域。其中，伴隨著無人系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛的快速發(fā)展，導(dǎo)航已成為前景最為廣闊的應(yīng)用場景之一。在汽車自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)中，現(xiàn)在通常的車載慣性傳感器組件可以測量某個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而慣性測量單元（IMU）作為一個(gè)嵌入了三軸線性加速度計(jì)和三軸角速度陀螺儀的模塊，可測量六個(gè)自由度（“6 DOF 或六軸”）。通過組成六軸結(jié)構(gòu)的線性運(yùn)動(dòng) （三維空間）和旋轉(zhuǎn)測量組件（滾動(dòng)，俯仰和偏航），IMU 能夠捕獲車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的全部分量。IMU 不僅僅可用于安全氣囊和車輛穩(wěn)定性控制，并且可以實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)算車輛的位置和方向。因此，IMU 通過精確校準(zhǔn)消除溫度和偏差漂移后，結(jié)合擴(kuò)展卡爾曼濾波器算法能在短時(shí)間內(nèi)對車輛進(jìn)行精準(zhǔn)定位，且不需要任何輔助。更先進(jìn)的系統(tǒng)會(huì)融合車輪速度和角度信息，以輔助卡爾曼濾波器定位估計(jì)，進(jìn)一步提高定位精度。對于平衡感知和動(dòng)作靈敏度要求較高的機(jī)器人而言，IMU 模塊更是核心組成之一。以RH5 機(jī)器人為例，其配有多種傳感器：IMU（慣性測量單元）、關(guān)節(jié)編碼器、力扭矩傳感器、足部接觸傳感器和立體聲攝像機(jī)，其中本體感覺狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)由 IMU 傳感器、關(guān)節(jié)編碼器和足部接觸傳感器組成。外部運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)由 3 臺(tái)連接到計(jì)算機(jī)的攝像機(jī)組成，用于跟蹤機(jī)器人 IMU 框架上的反射標(biāo)記，為全身控制器提供準(zhǔn)確快速的狀態(tài)反饋，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，檢索人形浮動(dòng)基的姿態(tài)，與基于 IMU 數(shù)據(jù)的本體感覺狀態(tài)估計(jì)方法進(jìn)行直接比較。另外，AR/VR市場中IMU傳感器也有很大的應(yīng)用空間，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）應(yīng)用為了打造更加真實(shí)和身臨其境的虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，讓用戶能夠長時(shí)間地融入虛擬環(huán)境至關(guān)重要，這意味著以IMU為主流、數(shù)量眾多的運(yùn)動(dòng)傳感器需要極其敏感、精確、堅(jiān)固和迅速響應(yīng)的能力。特別是頭部、軀干、關(guān)節(jié)、手指等身體部位運(yùn)動(dòng)的超精確瞬時(shí)檢測，并將時(shí)間延遲縮短至幾乎不可察覺的最小值，才能減少令人不適的暈動(dòng)病效應(yīng)或體驗(yàn)割裂感。因此，集成多種功能的緊湊型MEMS IMU往往是這一類消費(fèi)級應(yīng)用的首選。此外，制造業(yè)中的AR應(yīng)用也在快速崛起。工人可以使用AR設(shè)備隨時(shí)訪問重要的技術(shù)信息，并確定正在使用的機(jī)器以及危險(xiǎn)區(qū)域的位置等。例如飛機(jī)制造商使用AR眼鏡來協(xié)助技術(shù)人員為飛機(jī)布線， 從而縮短生產(chǎn)時(shí)間并減少出錯(cuò)。這些嚴(yán)苛的應(yīng)用場景也將極大地依賴高精度、高可靠的IMU來實(shí)現(xiàn)。汽車RTK系統(tǒng)方案(IMU)
方案簡介：基于HPM6364高性能汽車級MCU, 超強(qiáng)算力,卓越通訊外設(shè)(CAN FD)等; 實(shí)現(xiàn)高可靠性IMU模塊，RTK系統(tǒng)。該方案是專業(yè)為IMU開發(fā)的，也適合AGV、智能小車、服務(wù)機(jī)器人等行業(yè)的定位模塊。
方案特點(diǎn)：該產(chǎn)品采用先楫的單核600Mhz，有高速CANFD，Package 7*7mm 小封裝的HPM6364，提高了IMU的響應(yīng)速度，滿足車規(guī)要求。先楫還會(huì)更小封裝的產(chǎn)品進(jìn)一步說笑IMU的尺寸。
應(yīng)用領(lǐng)域：無人機(jī)、汽車慣性導(dǎo)航、鐵路系統(tǒng)、工程車、機(jī)器人/無人車系統(tǒng)等。
HPM6300系列芯片
先楫半導(dǎo)體推出的HPM6300全系列產(chǎn)品采用晶心Andes D45 RISC-V內(nèi)核，支持雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算。模擬模塊包括16bit-ADC，12-bit DAC和模擬比較器，配以多組納秒級高分辨率PWM，為馬達(dá)控制和數(shù)字電源應(yīng)用提供強(qiáng)大硬件支持；通訊接口包括了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，支持IEEE1588，內(nèi)置PHY的高速USB，多路CAN-FD及豐富的UART，SPI，I2C等接口。
性能方面，HPM6300的主頻高達(dá)648MHz, 并具有FFA協(xié)處理器，能實(shí)現(xiàn)FFT/FIR快速計(jì)算，具備3個(gè)16位的ADC、10/100M以太網(wǎng)等，適合工業(yè)自動(dòng)化、電網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的伺服驅(qū)動(dòng)器、PLC、工業(yè)控制器，電網(wǎng)的DTU、斷路器等產(chǎn)品。
不僅在性能方面表現(xiàn)優(yōu)異，HPM6300同時(shí)也是一款高性價(jià)比的產(chǎn)品，其高實(shí)時(shí)性、互聯(lián)性、16位ADC的特性，一經(jīng)推出就獲得了自動(dòng)化、電網(wǎng)、新能源客戶的認(rèn)可。目前已在行業(yè)頭部客戶中導(dǎo)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在FFT、AI推理性能上超越了傳統(tǒng)的DSP。
在工業(yè)領(lǐng)域，電機(jī)驅(qū)動(dòng)是整個(gè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)應(yīng)用，如用于CNC機(jī)床、機(jī)器人的伺服驅(qū)動(dòng)器，用于新能源汽車的主驅(qū)、壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)等。由于這些行業(yè)本身的發(fā)展和需求增加，對MCU提出了更高的要求，如高算力、高實(shí)時(shí)性、16位ADC、單芯片多軸控制等。
