IMU 传感器#

IMUSensor（惯性测量单元）提供用于机器人状态估计的加速度计、陀螺仪和磁力计读数。

概述#

IMU 传感器测量：

  • 线加速度：包含重力影响的 3D 加速度。

  • 角速度：3D 旋转速度。

  • 磁场：3D 磁场向量。

用法#

import genesis as gs

gs.init()
scene = gs.Scene()
robot = scene.add_entity(gs.morphs.URDF(file="quadruped.urdf"))
base = robot.get_link("base_link")

# 添加 IMU 到机器人基座
imu = scene.add_sensor(
    gs.sensors.IMU(
        entity_idx=robot.idx,
        link_idx_local=base.idx_local,
        pos_offset=(0.0, 0.0, 0.15),
    )
)

scene.build()

# 仿真循环
for i in range(1000):
    scene.step()

    # 获取 IMU 读数（IMUReturnType NamedTuple）
    data = imu.read()
    accel = data.lin_acc  # ([n_envs,] 3) 加速度，单位 m/s^2
    gyro = data.ang_vel   # ([n_envs,] 3) 角速度，单位 rad/s
    mag = data.mag        # ([n_envs,] 3) 磁场，单位 Tesla

配置#

gs.sensors.IMU(
    # 连接参数（继承自 RigidSensorOptionsMixin）
    entity_idx=robot.idx,             # 全局 entity 索引
    link_idx_local=base.idx_local,    # 局部 link 索引
    pos_offset=(0.0, 0.0, 0.0),       # 相对于 link 坐标系的位置偏移
    euler_offset=(0.0, 0.0, 0.0),     # 相对于 link 坐标系的旋转偏移（度）

    # 加速度计参数
    acc_noise=(0.01, 0.01, 0.01),              # 每轴白噪声标准差 (m/s^2)
    acc_random_walk=(0.001, 0.001, 0.001),     # 每轴偏置漂移标准差 (m/s^3)
    acc_bias=(0.0, 0.0, 0.0),                  # 每轴常量偏置
    acc_cross_axis_coupling=0.0,               # 轴间耦合/错位
    acc_resolution=0.0,                        # 测量分辨率，0 表示不量化

    # 陀螺仪参数
    gyro_noise=(0.01, 0.01, 0.01),             # 每轴白噪声标准差 (rad/s)
    gyro_random_walk=(0.001, 0.001, 0.001),    # 每轴偏置漂移标准差 (rad/s^2)
    gyro_bias=(0.0, 0.0, 0.0),                 # 每轴常量偏置
    gyro_cross_axis_coupling=0.0,              # 轴间耦合/错位
    gyro_resolution=0.0,                       # 测量分辨率，0 表示不量化

    # 磁力计参数
    mag_noise=(0.0, 0.0, 0.0),
    mag_random_walk=(0.0, 0.0, 0.0),
    mag_bias=(0.0, 0.0, 0.0),
    mag_cross_axis_coupling=0.0,
    mag_resolution=0.0,

    # 时序
    delay=0.0,
    jitter=0.0,

    draw_debug=True,
)

输出格式#

read() 和 read_ground_truth() 都返回 IMUReturnType NamedTuple：

字段

类型

形状

描述

lin_acc

torch.Tensor (float32)

([n_envs,] 3)

传感器局部坐标系下的线加速度 (m/s^2)

ang_vel

torch.Tensor (float32)

([n_envs,] 3)

传感器局部坐标系下的角速度 (rad/s)

mag

torch.Tensor (float32)

([n_envs,] 3)

传感器局部坐标系下的磁场向量 (Tesla)

read() 会应用已配置的噪声、偏置、随机游走和轴间耦合。read_ground_truth() 返回无噪声值。

噪声建模#

加速度计噪声#

参数

描述

典型值

acc_noise

白噪声标准差

0.001-0.01 m/s^2

acc_random_walk

偏置漂移标准差

0.0001-0.001 m/s^3

陀螺仪噪声#

参数

描述

典型值

gyro_noise

白噪声标准差

0.0001-0.001 rad/s

gyro_random_walk

偏置漂移标准差

0.00001-0.0001 rad/s^2

示例：四足机器人状态估计#

import genesis as gs
import torch

gs.init()
scene = gs.Scene()
quadruped = scene.add_entity(gs.morphs.URDF(file="go2.urdf"))
base = quadruped.get_link("base")

imu = scene.add_sensor(
    gs.sensors.IMU(
        entity_idx=quadruped.idx,
        link_idx_local=base.idx_local,
    )
)

scene.build()

velocity_estimate = torch.zeros(3, device=gs.device)
dt = scene.dt

for i in range(1000):
    scene.step()
    data = imu.read()
    velocity_estimate += data.lin_acc * dt

API 参考#

另请参阅#