陀螺儀是一種可以測量系統的旋轉角速度的感測器，與加速度計類似的，具有x、y、z這3個軸的角速度。從理論上講，陀螺儀是由多組可以按任意方向旋轉的轉動裝置所組成。轉動軸不受外部系統的轉動影響，根據角動量守恆原則，轉動裝置在旋轉時會保持恆定的大小和方向。當外部系統發聲旋轉時內部轉動裝置仍然保持恆定的方向和速度旋轉，測量這兩個系統的差就可以得到當前系統的旋轉角速度。為了測量x、y、z這3個軸的角速度，通常採用萬向節構成轉動裝置。

加速度計

加速度計測量的是機體運動的線加速度，但由於地球引力，測量值中還會包含重力加速度分量，在某些使用情況下需要把這部分減去。常用的MEMS加速度計感測器型號有6050A（Invensense）和ADXL350（ADI）。部分感測器生產商為了提高晶片整合度，會將陀螺儀和加速度計封裝在一起，稱為六軸感測器，例如6050A（Invensense）。

磁羅盤

磁羅盤測量的物理量是地球磁場強度沿機體軸的分量，並依此計算出機體的航向角。常用的MEMS磁羅盤感測器型號有HMC5983L（Honeywell）和QMC5883L（矽睿），兩者效能相近，其中前者目前已經停產。磁羅盤主要的效能引數包括靈敏度、穩定性（漂移）等。氣壓計

氣壓計測量的物理量是大氣壓值，根據該數值可計算出絕對海拔高度。常用的氣壓計感測器型號包括MS5611（MEAS）、MS5607（MEAS）以及BMP180（Bosch）。氣壓計在使用過程中存在的問題是，在近地面飛行時，“地面效應”的存在會導致飛機周圍氣體的氣壓分佈與靜止狀態下的大氣不同，使得無法用氣壓計來測算出高度。通常的解決辦法是在起飛或降落時使用其他感測器，比如超聲波感測器或鐳射測距儀。

GNSS模組

GNSS模組測量的物理量相對比較豐富，主要包括地理座標（經緯度）、海拔高度、線速度以及航向角（RTK系統）。常用的GNSS模組生產商包括瑞士的U-BLOX和加拿大的NOVATEL。在使用GNSS模組時，衛星訊號接收天線的放置需要要注意電磁干擾的遮蔽，部分有實力的整機生產廠商會根據飛機型號專門定製衛星訊號接收天線。

光流模組

光流模組是一個比較特殊的模組，既可以用來感知機體的運動狀態，如測量水平方向的位移速度，也可以用來感知周圍的環境，用作避障的用途。比較常見的光流模組是開源的PX4FLOW。光流模組通常在室內使用，主要是為了解決室內衛星訊號不佳的問題，另外對於拍攝的地面需要有一定紋理圖案。

周圍環境狀態感知

測距模組

這裡列舉五個常用的測距模組：超聲波、紅外TOF、鐳射、毫米波雷達、深度感知攝像頭。超聲波和紅外TOF各方面效能比較相似，比如測量距離都比較近，像超聲波測量的距離一般在4米左右。另外這兩種感測器的使用範圍都容易受到實際環境的限制，比如紅外TOF是向被測物體表面發射紅光並反射，如果遇到紅光反射率不高的物體像玻璃就會失效。但這兩種感測器有一個最大的優勢就是成本低，另外模組體積也比較小，所以在消費類無人機上得到了廣泛使用。

鐳射雷達測距一般都比較遠，大多數產品都可以達到100米以上，但是大雨大霧的天氣環境會影響其測量結果。另外的劣勢在於成本比較高： 在鐳射雷達行業實力最強的是Velodyne，它的一款適用於無人機使用的小型化產品VLP-16價格也達到了1000美元以上，對於商用無人機來說成本還是比較高。

深度感知攝像頭根據測量技術可以分為三種，立體攝像頭，也叫雙目視覺技術，代表產品就是大疆的精靈4；結構光技術，代表產品有微軟的Kinect；時差測距技術（TOF），由於生產廠家較少而且成本較高，因此在無人機上的應用很少。深度感知攝像頭在使用時也存在侷限性，雙目視覺技術的缺點是在低光環境下無法正常工作，而結構光技術則與之相反，在強光下無法正常工作。因此有的廠家把兩種技術進行組合，彌補彼此的缺陷，擴大其適用的環境範圍。

提高測量精度的方法

感測器校準

感測器校準，包括精校準和粗校準。精校準效果比較好，但需要昂貴的標定裝置；粗校準則不需要藉助外部裝置，只對感測器本身進行操作即可。

以磁羅盤的粗校準為例，由於地球上任意位置的地磁場強度在較長時間跨度內都可視為是恆定的，當轉動磁羅盤時，根據相對運動可假設磁羅盤固定不動，而地磁場向量隨之在轉動，其向量端點在空間的軌跡應為一個標準的球體，但由於感測器存在誤差，實際測出的資料並不嚴格都在球體的表面，這時候就需要根據測量出來的數值以及已知的準確值來計算兩者之間的換算關係，也就是該款磁羅盤的誤差模型。在以後使用該款磁羅盤時就可以根據粗校準得出的誤差模型來處理測量值，使得測量值的誤差減小。

便宜的陀螺儀會在做工等方面有嚴重的偏差，所以還是貴的比較靠譜。

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，是與智慧科技、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，鐳射陀螺儀研製成功，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、鐳射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，不僅作為指示儀表，更是成為自動控制系統中的訊號感測器、穩定器、測試儀器等等，根據需要提供準確的方位、水平、位置、速度和加速度等訊號、控制及方位支援。

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表。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、訊號感測器等)。

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鐳射陀螺儀，到焊接行業的鐳射導航焊接系統；從船舶鐳射導航，到自動導航車鐳射引導技術；從鐳射導航無人機……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慧掃地機器人中。

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，在機器執行過程中，能準確檢測出機器的執行方向和轉彎角度，及時檢測出機器現有的執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，因為每臺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慧。