CN213180048U - 一种惯性测量装置和设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种惯性测量装置和设备，惯性测量装置包括惯性测量传感器、子处理器和主控处理器，每个子处理器均与一个惯性测量传感器连接，主控处理器与每个子处理器连接，子处理器用于接收与之连接的惯性测量传感器的传感数据以解算出姿态数据，主控处理器用于接收所有子处理器的姿态数据以确定最终姿态。本实用新型实施例中，每个惯性测量传感器由与之单独相连的子处理器解算姿态，无需主控处理器接收传感数据来解算姿态，解决了主控处理器直接连接多个惯性测量传感器时，主控处理器的姿态解算逻辑被其他模块通信打断影响姿态精度问题，提高了姿态解算的精度。

Description

一种惯性测量装置和设备

技术领域

本实用新型实施例涉及惯性测量技术领域，尤其涉及一种惯性测量装置和设备。

背景技术

IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)嵌入无人驾驶系统用于解算无人驾驶设备的姿态，被广泛用于机器人、无人机、无人车、无人船等无人驾驶设备。

在现有技术中，通常是在一个电路板上集成多个惯性测量传感器，然后多个惯性测量传感器与同一个主控处理器连接，多个惯性测量传感器将传感器数据传输到主控处理器中，由主控处理器来处理传感数据以解算出姿态。然而，主控处理器通常还连接设备的其他模块，如在无人机中，主控处理器还需要连接无人机的定位系统，避障系统，数据传输系统、植保系统、测绘系统等，在主控处理器执行姿态解算逻辑时，其他模块与主控处理器通信时，造成主控处理器的姿态解算逻辑频繁被其它模块通信打断，从而影响了姿态解算精度。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于：提供一种惯性测量装置和设备，以解决现有技术中主控处理器与惯性测量传感器直接连接来解算姿态，造成主控处理器的姿态解算逻辑频繁被其它模块通信打断，从而影响姿态解算精度的问题。

为达此目的，本实用新型实施例采用以下技术方案：

第一方面，提供一种惯性测量装置，包括：

至少一个惯性测量传感器；

至少一个子处理器，每个所述子处理器均与一个所述惯性测量传感器连接，所述子处理器用于接收与之连接的惯性测量传感器的传感数据以解算出姿态数据；

主控处理器，所述主控处理器与每个子处理器连接，所述主控处理器用于接收所有子处理器的姿态数据以确定最终姿态。

可选地，所述惯性测量传感器、所述子处理器以及所述主控处理器设置在主控电路板上。

可选地，所述惯性测量传感器和所述子处理器设置在惯性测量电路板上，所述主控处理器设置在主控电路板上，所述惯性测量电路板和所述主控电路板通过柔性电路板电连接。

可选地，所述惯性测量电路板通过减震部件固定于所述主控电路板上。

可选地，所述减震部件为弹性材料制作的减震球或者减震泡棉。

可选地，所述主控电路板设置有外部接口，所述外部接口与所述主控处理器连接。

可选地，所述子处理器和所述惯性测量传感器通过SPI或者IIC总线连接。

可选地，所述惯性测量传感器包括陀螺仪、加速度计、磁力计和压力传感器中的至少一种。

第二方面，提供一种设备，所述设备包括本实用新型任一实施例所述的惯性测量装置。

可选地，所述设备为无人机、无人车和机器人中的一种。

本实用新型实施例的惯性测量装置包括主控处理器、至少一个惯性测量传感器以及至少一个子处理器，其中，每个子处理器均与一个惯性测量传感器连接，主控处理器与每个子处理器连接，子处理器接收与之连接的惯性测量传感器的传感数据以解算出姿态数据，主控处理器用于接收所有子处理器的姿态数据以确定最终姿态。本实用新型实施例中，每个惯性测量传感器由与之单独相连的子处理器解算姿态，无需主控处理器接收传感数据来解算姿态，解决了主控处理器直接连接多个惯性测量传感器时，主控处理器的姿态解算逻辑被其他模块通信打断影响姿态精度问题，提高了姿态解算的精度。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例一的一种惯性测量装置的结构框图。

图2为本实用新型实施例二的一种惯性测量装置的结构示意图。

图3为本实用新型实施例二的一种惯性测量装置的分解结构示意图。

图4为本实用新型实施例三的一种惯性测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

图1为本实用新型实施例一的一种惯性测量装置的结构框图，如图1所示，本实用新型实施例的惯性测量装置包括主控处理器10、子处理器20和惯性测量传感器30。

其中，主控处理器10可以是惯性测量装置所在的设备的处理器，该主控处理器10可以用于控制设备各个模块的运行，例如，设备可以是无人机，则主控处理器10可以是无人机的主控制器，在无人机上，主控处理器10可以与无人机的定位模块，避障模块，数据传输模块、植保模块、测绘模块等连接，主控处理器10根据各个模块的数据来控制无人机飞行。

惯性测量传感器30可以是用来检测和测量速度、加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度(DoF)运动的传感器，是解决导航、定向和运动载体控制的重要部件。在本实用新型实施例中，惯性测量传感器30可以是陀螺仪、加速度计、磁力计和压力传感器中的至少一种，当然，还可以是其他传感器，本实用新型实施例对惯性测量传感器30是何种传感器不加以限制。

子处理器20可以是MCU(微控制单元，Microcontroller Unit)，子处理器20在接收惯性测量传感器30的传感数据后进行姿态解算获得姿态数据。在本实用新型实施例中，惯性测量传感器30和子处理器20的数量可以为一个或者一个以上，优选地，惯性测量传感器30和子处理器20的数量相等。

如图1所示，本实用新型实施例中，每个子处理器20均与一个惯性测量传感器30连接，主控处理器10与每个子处理器20连接，例如，子处理器20、主控处理器10和惯性测量传感器30集成在电路板上，通过电路板中的金属走线层来实现各个器件之间的电连接，当然，子处理器20、主控处理器10和惯性测量传感器30可以设置在不同的电路板上，各个电路板直接通过柔性电路板电连接。

本实用新型实施例的惯性测量装置的工作原理为：各个惯性测量传感器30产生传感数据，子处理器20接收与之连接的惯性测量传感器30的传感数据以解算出姿态数据，主控处理器10接收所有子处理器20的姿态数据以确定最终姿态。

本实用新型实施例中，由于每个惯性测量传感器由与之单独相连的子处理器解算姿态，再通过子处理器将姿态传输到主控处理器，无需主控处理器接收传感数据来解算姿态，解决了主控处理器直接连接多个惯性测量传感器时，主控处理器的姿态解算逻辑被其他模块通信打断影响姿态精度问题，提高了姿态解算的精度。

实施例二

图2为本实用新型实施例二的惯性测量装置的立体结构示意图，图3为本实用新型实施例二的惯性测量装置的分解结构示意图。

如图2-图3所示，在本实用新型实施例中，惯性测量装置包括主控电路板100和惯性测量电路板200，主控电路板100和惯性测量电路板200可以是PCB板，其中，惯性测量传感器30和子处理器20设置在惯性测量电路板200上，主控处理器10设置在主控电路板100上，惯性测量电路板200和主控电路板100通过柔性电路板400电连接。

具体地，如图2-图3所示，主控电路板100上集成有一个主控处理器10，惯性测量电路板200上集成有一个或一个以上子处理器(20-1、20-2、20-3)和与子处理器相等数量的惯性测量传感器(30-1、30-2、30-3)，每个子处理器均与一个惯性测量传感器连接。如图3所示，子处理器20-1与惯性测量传感器30-1连接、子处理器20-2与惯性测量传感器30-2连接、子处理器20-3与惯性测量传感器30-3连接，可选地，子处理器和惯性测量传感器可以通过SPI或者IIC总线连接。SPI(串行外设接口，Serial Peripheral Interface)总线是一种4线总线，是高速的全双工同步的通信总线，由于SPI总线在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时能够为PCB的布局上节省空间。IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路)总线是一种简单、双向二线制同步串行总线，IIC总线只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。本实用新型实施例可以根据惯性测量电路板200的实际情况来选择子处理和惯性测量传感器的连接方式，本实用新型实施例对此不加以限制。

同时，主控电路板100上设置有柔性电路板连接器101，惯性测量电路板200上设置有柔性电路板400，柔性电路板400一端与各个子处理器(20-1、20-2、20-3)连接，一端嵌入柔性电路板连接器101中，从而实现主控处理器10与各个子处理器(20-1、20-2、20-3)连接。

如图3所示，每个子处理器(20-1、20-2、20-3)负责与之连接的惯性测量传感器(30-1、30-2、30-3)的姿态数据解算，各个子处理器互不干扰，每个子处理器(20-1、20-2、20-3)通过柔性电路板400将姿态数据传输到主控电路板100上的主控处理器10，主控处理器10可以通过子处理器(20-1、20-2、20-3)发送的姿态数据进行对比判断是否有异常姿态数据，无需主控处理器10接收传感数据来解算姿态，解决了主控处理器10直接连接多个惯性测量传感器30时姿态解算逻辑被其他模块通信打断影响姿态精度问题，提高了姿态解算的精度。

如图2-图3所示，在本实用新型的可选实施例中，惯性测量电路板200通过减震部件300固定于主控电路板100上，其中，减震部件300可以是弹性材料制作的减震球或者减震泡棉。如图3所示，本实用新型实施例的减震部件300可以为弹性减震球，该弹性减震球的两端可以分别卡接在惯性测量电路板200和主控电路板100设置的卡接孔中，当设备上的震动传输到主控电路板100时，通过弹性减震球可以降低传输到惯性测量电路板200上的震动，从而可以保证惯性测量电路板200上各个惯性测量传感器30生成的传感数据的准确性，最终能够保证解算出的姿态数据的精度。

如图2和图3所示，主控电路板100还设置有外部接口500，外部接口500与主控处理器10连接，其中，外部接口500可以是导航模块接口、避障模块接口、数据传输接口中的至少一种。

在本实用新型实施例中，虽然以一个惯性测量电路板200设置有3个子处理器和3个惯性测量传感器对本实用新型实施例的惯性测量装置进行了说明，在实际应用中，一个主控电路板100还可以连接多个惯性测量电路板200，并且每个惯性测量电路板200上的子处理器和惯性测量传感器的数量可以任意设置，示例性地，当惯性测量传感器需要设置在设备上的不同部位时，可以设置多个惯性测量电路板200，每个惯性测量电路板200上设置有一个子处理器20和一个惯性测量传感器30，从而能够灵活地布置惯性测量传感器在设备中的位置，本实用新型实施例对惯性测量电路板200的数量、惯性测量电路板200上的子处理器20和惯性测量传感器30的数量均不加以限制。

实施例三

图4为本实用新型实施例三的惯性测量装置的立体结构示意图。

如图4所示，在本实用新型实施例中，惯性测量传感器、子处理器以及主控处理器设置在主控电路板上，具体地，本实用新型实施例的惯性测量装置包括主控电路板100，惯性测量传感器30、子处理器20以及主控处理器10均集成设置在主控电路板100上，如图4所示，主控电路板100上集成有一个主控处理器10、一个或一个以上子处理器(20-1、20-2、20-3)和与子处理器相等数量的惯性测量传感器(30-1、30-2、30-3)，每个子处理器均与一个惯性测量传感器连接。

如图4所示，子处理器20-1与惯性测量传感器30-1连接、子处理器20-2与惯性测量传感器30-2连接、子处理器20-3与惯性测量传感器30-3连接，可选地，子处理器和惯性测量传感器可以通过SPI或者IIC总线连接。

其中，主控电路板100上设置有导航模块接口、避障模块接口、数据传输接口中的至少一种外部接口500。

本实用新型实施例中，惯性测量传感器、子处理器以及主控处理器设置在主控电路板上，每个惯性测量传感器由与之单独相连的子处理器解算姿态，再通过子处理器将姿态传输到主控处理器，无需主控处理器接收传感数据来解算姿态，解决了主控处理器直接连接多个惯性测量传感器时姿态解算逻辑被其他模块通信打断影响姿态精度问题，提高了姿态解算的精度。

进一步地，惯性测量传感器、子处理器以及主控处理器设置在主控电路板上，电路板集成度高，可以减少设备内部电路板的数量，简化设备结构设置。

实施例四

本实用新型实施例四提供一种设备，该设备包括本实用新型任一实施例所述的惯性测量装置，其中，惯性测量装置安装于设备内。

可选地，本实用新型实施例的设备为无人机、无人车和机器人中的一种，当然还可以是其他设备。

本实用新型实施例的设备能够实现惯性测量装置的相关功能并具有相同的技术效果。

于本文的描述中，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚器件，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种惯性测量装置，其特征在于，包括：

至少一个惯性测量传感器；

至少一个子处理器，每个所述子处理器均与一个所述惯性测量传感器连接，所述子处理器用于接收与之连接的惯性测量传感器的传感数据以解算出姿态数据；

主控处理器，所述主控处理器与每个子处理器连接，所述主控处理器用于接收所有子处理器的姿态数据以确定最终姿态。

2.根据权利要求1所述的惯性测量装置，其特征在于，所述惯性测量传感器、所述子处理器以及所述主控处理器设置在主控电路板上。

3.根据权利要求1所述的惯性测量装置，其特征在于，所述惯性测量传感器和所述子处理器设置在惯性测量电路板上，所述主控处理器设置在主控电路板上，所述惯性测量电路板和所述主控电路板通过柔性电路板电连接。

4.根据权利要求3所述的惯性测量装置，其特征在于，所述惯性测量电路板通过减震部件固定于所述主控电路板上。

5.根据权利要求4所述的惯性测量装置，其特征在于，所述减震部件为弹性材料制作的减震球或者减震泡棉。

6.根据权利要求2-5任一项所述的惯性测量装置，其特征在于，所述主控电路板设置有外部接口，所述外部接口与所述主控处理器连接。

7.根据权利要求1-5任一项所述的惯性测量装置，其特征在于，所述子处理器和所述惯性测量传感器通过SPI或者IIC总线连接。

8.根据权利要求1-5任一项所述的惯性测量装置，其特征在于，所述惯性测量传感器包括陀螺仪、加速度计、磁力计和压力传感器中的至少一种。

9.一种设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求1-8任一项所述的惯性测量装置。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备为无人机、无人车和机器人中的一种。

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