陀螺仪除了导航，还有这些关键技术会帮助机器人.doc

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1、陀螺仪除了导航，还有这些关键技术会帮助机器人陀螺仪除了导航，还有这些关键技术会帮助机器人陀螺仪除了导航，还有这些关键技术会帮助机器人　　乍一听，陀螺仪，这么高大上的东西一般不会有人了解，但是相信大多数人应该都听过陀螺，其实它们的原理是相似的。其实，无论是手机导航、运动记步、甚至测出你今天爬了几层楼，VR眼镜真实再现三维世界，无人机进行空中悬停……这些功能的实现都基于设备内部的一个组件——陀螺仪。它的三维定位准不准，偏差是多少？这些都直接影响到我们的生活。　　1、陀螺仪的前世今生：陀螺仪是神马东东？　　陀螺仪（角速率传感器），维基百科解释“陀螺仪是一种用来传

2、感与维持方向的装置，基于角动量守恒的理论设计出来的，主要是由一个位于轴心可以旋转的轮子构成。”这句话很好地解释了陀螺仪的作用在于测量和维持方向。陀螺仪分为：压电陀螺仪、微机械陀螺仪、光纤陀螺仪和激光陀螺仪，它们都是电子式的，并且可以和加速度计、磁阻芯片、GPS等，做成惯性导航控制系统。陀螺仪除了导航，还有这些关键技术会帮助机器人目前，人们普遍认为是1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，发明了陀螺仪。那个时代的陀螺仪可以理解成把一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上面，这样因为陀螺在高速旋转时保持稳定，人们就可以通过陀螺的

3、方向来辨认方向，确定姿态，计算角速度。　　万向支架可以保证无论怎么转动，陀螺都不会倒，万向支架这个东西最早可以追溯到中国几千年前的香炉。陀螺仪除了导航，还有这些关键技术会帮助机器人陀螺仪发明以后，首先被用在航海上（当年还没有发明飞机），后来被用在航空上。因为飞机飞在空中，是无法像地面一样靠肉眼辨认方向的，而飞行中方向都看不清楚危险性极高，所以陀螺仪迅速得到了应用，成为飞行仪表的核心。　　　　到了第二次世界大战，各个国家都玩命的制造新式武器，德国人搞了飞弹去炸英国，这是今天导弹的雏形。从德国飞到英国，千里迢迢怎么让飞弹能飞到，还能落到目标呢？　　于是，德国人

4、搞出来惯性制导系统。惯性制导系统采用用陀螺仪确定方向和角速度，用加速度计测试加速度，然后通过数学计算，就可以算出飞弹飞行的距离和路线，然后控制飞行姿态，争取让飞弹落到想去的地方。　　二战时候，计算机也好，仪器也好，精度都是不太够的，所以德国的飞弹偏差很大，想要炸伦敦，结果炸得到处都是，颇让英国人恐慌了一阵。　　不过，从此以后，以陀螺仪为核心的惯性制导系统就被广泛应用于航空航天，今天的导弹里面依然有这套东西。但随着需求的刺激，陀螺仪也在不断进化。　　2、陀螺仪的进化　　最早的陀螺仪都是机械式的，里面真有高速旋转的陀螺，而机械的东西对加工精度有很高的要求，还怕

5、震动，因此机械陀螺仪为基础的导航系统精度一直都不太高。　　于是，人们开始寻找更好的办法。利用物理学上的进步，19世纪80年代，以光导纤维线圈为基础敏感元件的光纤陀螺仪流行起来，它通过光传播的路径变化计算角位移，相较机械陀螺仪寿命长、动态范围大、瞬时启动快、结构简单、尺寸小而轻。同时，激光陀螺仪、微机电陀螺仪等也相继发展出来。　　光纤陀螺仪利用的是萨格纳克（Sagnac）效应，通过光传播的特性，测量光程差计算出旋转的角速度，起到陀螺仪的作用，替代陀螺仪的功能。　　　　陀螺仪除了导航，还有这些关键技术会帮助机器人激光陀螺仪也是通过算光程差计算角速度，替代陀螺仪

6、。最常见的是三轴陀螺仪，就是同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。单轴的只能测量一个方向的量，也就是一个系统需要三个陀螺仪，而3轴的一个就能替代三个单轴的。3轴的体积小、重量轻、结构简单、可靠性好，是激光陀螺的发展趋势。　　微机电陀螺仪则是利用物理学的科里奥利力，在内部产生微小的电容变化，然后测量电容，计算出角速度，替代陀螺仪。iPhone和我们的智能手机里面所用的陀螺仪，就是微机电陀螺仪（MEMS）。　　目前，传统上的机械陀螺仪正在被淘汰，有高精度需求的地方用的是激光陀螺仪，而普及方面则是微机电陀螺仪。陀螺仪除了导航，还有这些关键技术会帮助机器人因为微

7、机电陀螺仪（MEMS）属于微电子产品，发展迅速，而且成本越来越低，所以用途越来越广。智能手机因为有检测动态的需求，于是就用上了微机电陀螺仪（MEMS）。　　　　虽然MEMS的精度并不如光纤和激光陀螺仪，需要参考其他传感器的数据才能实现功能，但其体积小、功耗低、易于数字化和智能化，特别是成本低，易于批量生产，非常适合手机、汽车牵引控制系统、医疗器材这些需要大规模生产的设备。　　3、陀螺仪的应用：无处不在的陀螺仪　　如果只是用在航空航天和导弹上，那么陀螺仪只能说是高大上的存在，但是因为微机电陀螺仪（MEMS）的出现，低成本的陀螺仪可以用在很多领域。　　　　1）

8、机器人产业也随处可见陀螺仪　　不久前，科沃斯独家创新发布DG710