掃地機器人帶您解密陀螺儀

2010年，英國導演克里斯托弗諾蘭以一部《盜夢空間》席捲全球影院。電影講述了一個關於夢境與意識的科幻故事。在其中，人們常常會因為夢境過於真實而迷失自我。所以每個潛入夢境的「築夢

師」都需要一個「圖騰」幫助自己分辨虛實。

由萊昂納多·迪卡普里奧飾演的主角的圖騰是一枚小小的陀螺，當他身處於夢境時，陀螺會一直旋轉、永不停歇，像個小型永動機。時隔幾年，這個片中的小道具的「後輩」——陀螺儀火了起來。

陀螺儀是神馬東東？

陀螺儀並不僅僅是掌中「膚淺」的玩物，它甚至已經改變了我們一代人的生活狀態，是與智能科技、工業製造密不可分的存在，是一種用來感測與維持方向的裝置，基於角動量不滅的理論設計出來的。陀螺儀主要是由一個位於軸心可以旋轉的輪子構成，一旦開始旋轉，由於輪子的角動量，陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用於導航、定位等系統。

1852年，法國科學家傅科製作了一套能顯示地球轉動的儀器，命名為陀螺儀。

1914年，陀螺儀開始作為慣性基準構成飛機的電動陀螺穩定裝置。

20世紀20年代起，陀螺儀廣泛應用於船舶、飛機的自動控制、導航系統。

1975年，激光陀螺儀研製成功，它可靠性高，不受重力加速度的影響，在飛機的慣性導航中得到廣泛應用。

80年代以後，陀螺儀技術進入到一個全新的階段，光纖陀螺儀、激光諧振陀螺儀逐漸取代了傳統機械式陀螺儀。

而現代陀螺儀是一種能夠精密地確定運動物體方位的儀器，不僅作為指示儀錶，更是成為自動控制系統中的信號感測器、穩定器、測試儀器等等，根據需要提供準確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號、控制及方位支持。

陀螺儀的基本組成

陀螺儀的裝置，一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀錶。從力學的觀點近似的分析陀螺的運動時，可以把它看成是一個剛體，剛體上有一個萬向支點，而陀螺可以繞著這個支點作三個自由度的轉動，所以陀螺的運動是屬於剛體繞一個定點的轉動運動。更確切地說，一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上，使陀螺的自轉軸有角轉動的自由度，這種裝置的總體叫做陀螺儀，陀螺儀的基本部件有：

(1) 陀螺轉子(常採用同步電機、磁滯電機、三相交流電機等拖動方法來使陀螺轉子繞自轉軸高速旋轉，並見其轉速近似為常值)

(2) 內、外框架(或稱內、外環，它是使陀螺自轉軸獲得所需角轉動自由度的結構);

(3) 附件(是指力矩馬達、信號感測器等)。

陀螺儀的應用

陀螺儀器最早是用於導航，談到導航我們可能第一時間想到的是高德地圖、百度地圖等等手機導航軟體。實際上從航空航天的激光陀螺儀，到焊接行業的激光導航焊接系統；從船舶激光導航，到自動導航車激光引導技術；從激光導航無人機……導航技術正在逐步普及，逐漸從高精尖行業轉化到越來越多的領域，如今甚至被整合到了小小的智能掃地機器人中。

目前，以市面上的掃地機器人為例，最先進的陀螺儀為日本愛普生陀螺儀，在機器運行過程中，能準確檢測出機器的運行方向和轉彎角度，及時檢測出機器現有的運行狀況提供給主控軟體，保證軟體演算法的準確實施。

但是，只配備單一的陀螺儀是難以做到機器行進時為精準的弓字形路線，不偏不倚，全屋覆蓋的，因為每台掃地機器人的演算法高低不同，越是牛的掃地機，其演算法也更科學智能。那麼什麼是演算法呢？

掃地機器人的演算法

對於掃地機器人來說，最需要明確的三個問題是：

自己在哪裡？

自己所在的位置是什麼地方？

怎麼才能離開這裡？

這三個問題所對應的分別為：定位、建圖、路徑規劃。而解決這三個問題就不得不提到SLAM，它的英文全稱為simultaneous localization and mapping，中文翻譯為同步定位與建圖。SLAM就是地圖探測的過程，在機器的行進過程中會同步修正位置信息並與建立的地圖進行匹配，確保機器人在行進過程中不會因累積誤差而找不到路。

SLAM就是最基本的演算法，搭配陀螺儀，可以初步使掃地機具備規劃的功能，但仍容易出現偏差。經過不斷迭代，目前業內最先進的演算法是福瑪特機器人的F-SLAM III慣導技術。

福瑪特F-SLAM III慣導技術

慣導系統是目前廣泛運用在太空梭、軍事導彈及無人機等科技領域的技術。福瑪特以此為依託，研發出的 F-SLAM III 慣導系統，是具備控制+負反饋的閉環控制體系，能做到精準高效矩陣式清掃。

福瑪特F-SLAM III 慣導系統採用全坐標演算法控制（Full Coordinate Arithmetic Control），依靠主動輪組上霍爾系統精準控制機器在行走過程中的全過程坐標定位（無論機器走到哪裡，機器都能準確知道自己當下的準確坐標值），主控軟體藉助此坐標值能精準地驅使機器在坐標平面內無重複高效率覆蓋所需要清掃的地面。

加之日本愛普生陀螺儀的運用，實時監控機器人清掃中的坐標定位、運行方向、轉彎角度,引導自身安全行駛，直至目標位置。因此，具備福瑪特F-SLAM III 慣導系統的掃地機器人才能做到真規劃、不漏掃。