机器人中说的自由度（DoF）是什么？

运动中的“自由度”，这是讨论VR机制的必要概念。自由度(DoF)与刚体在空间内的运动相关，可以解释为“物体移动的不同基本方式”。

自由度总共有6个，可分成两种不同的类型：平移和旋转。

1. 平移运动

Translational motion

刚体可以在3个自由度中平移：向前/向后，向上/向下，向左/向右。

2. 旋转运动

Rotary motion

刚体也可以在3个自由度中旋转：纵摇(Pitch)、横摇(Roll)和垂摇(Yaw)。

因此，3种类型的平移自由度+3种类型的旋转自由度 = 6自由度!

在任意一个自由度中，物体可以沿两个“方向”自由运动。例如，电梯限制在1个自由度中(垂直平移)，但电梯能够在这个自由度中上下运动。同样，摩天轮限制在1个自由度中，但这是旋转自由度，所以摩天轮能够朝相反的方向旋转。

我们可以继续举例子，比如说主题公园。碰碰车总共有3个自由度：它只能在3轴中的2条里平移(无法像电梯那样上下移动);然后它只能以一种方式旋转(无法像飞机那样纵摇和垂摇)。所以2个平移+1个旋转=3自由度。

无论有多复杂，刚体的任何可能性运动都可以通过6自由度的组合进行表达。

3. 惯性测量单元和自由度

Inertial measurement unit and degrees of freedom

惯性测量单元(IMU)是一种通过传感器组合(加速度计、陀螺仪和磁力计)来测量和报告速度、方向和重力的电子设备。IMU过去的主要应用之一是作为飞机仪表设备，但现在它们已经应用于一系列电子设备，比如说智能手机。IMU的成本已经出现了大幅下降。但遗憾的是，IMU在实际应用中只能准确地测量和报告方向值(旋转)，无法处理平移。

4.九自由度是什么

Nine degrees of freedom

IMU的世界里出现了有趣的术语，比如一系列关于“9自由度”IMU的说法，但这令人相当困惑，因为自由度总共只有6个。

基本上，很多IMU厂商都生造了“9自由度”一词来推销他们的产品，但这都不是真正意义上的自由度。9自由度主要是IMU内每一个传感器所能测量到的自由度的总和。比如，如果IMU搭载了一个可以测量3自由度的加速度计，一个能测量3自由度的陀螺仪，以及一个能测量3自由度的磁力计，厂商就有可能将其称之为9自由度IMU(九轴)。但这与现实不符，因为这3个传感器所测量的是相同的3自由度(只有方向)。

一个9自由度IMU(九轴)可能比6自由度IMU(六轴)更好，因为它可以通过传感器融合(结合来自不同传感器的数据)来提高最终输出的质量。然而，这仍然无法测量平移。

5. IMU介绍
IMU 惯性测量单元(Inertial Measurement Unit) 是测量物体三轴角速度和加速度的设备。狭义上，一个IMU内在正交的三轴上安装陀螺仪和加速度计，共6个自由度，来测量物体在三维空间的角速度和加速度，这就是我们熟知的"6轴IMU"；广义上，IMU可在加速度计和陀螺仪的基础上加入磁力计，就形成了"9轴IMU"。

• 加速度计：检测载体坐标系统独立三轴的加速度信号；
• 陀螺仪：检测载体相对于导航坐标系的角速度信号；
• 磁力计：用卡尔曼或者互补滤波等算法为用户提供拥有绝对参考的俯仰角、横滚角和航向角。

增加了磁力计的9轴传感器又被称为AHRS 航姿参考系统(Attitude and Heading Reference System)。因为航向角有地磁场的参考，所以不会漂移，但地磁场很微弱，经常受到周围带磁场物体的干扰。磁场和重力场越正交，则航姿测量效果越好，也就是说如果磁场和重力场平行，比如地磁南北极，AHRS就没法使用。

6. IMU、AHRS、VRU和INS的区别

• IMU

  惯性测量单元(Inertial Measurement Unit)是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度。

• AHRS

  航姿参考系统(Attitude and heading reference system)包括基于MEMS的三轴陀螺仪，加速度计和磁强计。AHRS是通过与地球参考得出自身姿态，而IMU是相较于自身的初始姿态来进行姿态测量的。

• VRU

  VRU即Vertical Reference Unit, 垂直参考单元（垂直陀螺）。硬件结构与IMU相同，利用卡尔曼滤波算法，在输出IMU的数据基础上，增加俯仰，横滚角度输出，有的VRU也输出相对方位角，也称为欧拉角输出。VRU 能够达到的性能非常依赖于工程师的算法能力。

• GNSS

  Global Navigation Satellite System全球导航卫星系统，包括GPS(美国)，GLONASS(俄罗斯的格洛纳斯)，北斗卫星导航系统 (BDS)

• INS

  全称Inertial Navigation System即惯性导航系统。IMU是测量角速度和加速度的装置，INS是通过测量得出的角速度和加速度的数值可以确定运动载体在惯性参考坐标中的运动。

参考：
https://www.sohu.com/a/487528564_120769732
https://blog.csdn.net/QLeelq/article/details/112985306