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机器人感知与智能第四章惯性感知技术概述

OUTLINE惯性感知技术是现代机器人实现自主导航与运动控制的核心能力，它使机器人能够实时感知自身在空间中的位置、姿态及运动状态，从而在复杂多变的环境中稳定运行并高效完成任务。相比人类依赖视觉与平衡系统，机器人主要依靠高精度传感器与算法实现惯性感知，在精度、响应速度和可靠性方面具有显著优势，广泛应用于无人机、深海探测及服务机器人等领域。本章主要介绍机器人的惯性信息及其获取方式，包括线性加速度、角速度与姿态。其中，加速度由加速度计测量，角速度由陀螺仪获取，姿态则通过多传感器融合计算得到。同时，还将介绍惯性测量单元的组成及其在机器人系统中的集成与应用。01加速度计原理目录

CATALOGUE02陀螺仪原理03惯性测量单元原理04应用举例：轮腿机器人05实验01加速度计原理压电加速度传感器

压电式加速度传感器示意图压电加速度传感器

电容式加速度传感器示意图02陀螺仪原理机械陀螺仪

机械陀螺仪示意图光学陀螺仪

光学陀螺仪示意图微机电陀螺仪

科里奥利效应示意图微机电陀螺仪

科里奥利效应示意图03惯性测量单元原理姿态初始化

IMU任务框图姿态初始化

姿态求解

姿态求解

04应用举例：轮腿机器人应用举例：轮腿机器人运动控制和步态规划姿态估计加速度计和陀螺仪的作用基于加速度计与陀螺仪融合得到的姿态信息，可实现实时反馈控制，通过调节轮速维持机器人平衡与稳定。该姿态信息同时用于步态规划，动态调整步态参数以适应复杂地形，实现自主导航与越障。通过融合加速度计的重力方向信息与陀螺仪的角速度信息，可实现轮腿机器人的姿态估计，得到俯仰角、横滚角和偏航角。该姿态信息用于实时平衡控制与运动调节，并为后续运动控制与步态规划提供基础。加速度计用于测量机器人在各轴上的线性加速度，并通过积分获得速度与位置信息，同时可辅助估计俯仰角和横滚

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