具身智能的“前庭系統(tǒng)”｜人形機(jī)器人IMU供應(yīng)商盤點(diǎn)

2月26日，德國總理弗里德里希·默茨率團(tuán)訪問位于杭州的宇樹科技，再次引發(fā)市場對人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。

資本市場的密集注資印證了行業(yè)的爆發(fā)式增長。1月21日，國務(wù)院新聞辦公室舉行新聞發(fā)布會介紹，2025年國內(nèi)整機(jī)企業(yè)數(shù)量超140家。

進(jìn)入2026年，中國機(jī)器人賽道融資明顯提速，不到3個(gè)月的時(shí)間機(jī)器人領(lǐng)域融資金額超過百億元，包括星動紀(jì)元、銀河通用、松延動力、千尋智能、逐際動力、星海圖及智平方等頭部機(jī)器人企業(yè)。

政策層面，工信部等部門在《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》中明確提出支持高端傳感器、自主核心零部件與整機(jī)系統(tǒng)研發(fā)，推動關(guān)鍵部件國產(chǎn)化進(jìn)程。

資本、政策與產(chǎn)業(yè)鏈資源持續(xù)向“具身智能”方向聚集，行業(yè)整體正從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，邁向規(guī)模化與商業(yè)化驗(yàn)證階段。

根據(jù)中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《2025年人形機(jī)器人與傳感器產(chǎn)業(yè)報(bào)告》顯示，在人形機(jī)器人的硬件成本（BOM）結(jié)構(gòu)中，傳感器組件占比高達(dá)20%-22%。

其中，負(fù)責(zé)平衡控制與空間感知的慣性測量單元（IMU）被譽(yù)為機(jī)器人的“前庭系統(tǒng)”，是實(shí)現(xiàn)具身智能自主移動的核心基石。

01.

人形機(jī)器人的核心難點(diǎn)：動態(tài)平衡與實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)

無論是雙足形態(tài)，還是輪式底盤的人形機(jī)器人，其核心控制挑戰(zhàn)都集中在高頻狀態(tài)估計(jì)與動態(tài)穩(wěn)定能力上。

人形機(jī)器人和輪式底盤機(jī)器人（圖片由AI生成）

人形機(jī)器人本質(zhì)上是一個(gè)多自由度、高耦合、重心持續(xù)變化的復(fù)雜動力系統(tǒng)。其控制難點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)層面：

第一，重心動態(tài)管理與姿態(tài)穩(wěn)定。人形機(jī)器人擁有高度集中但可大幅移動的質(zhì)心結(jié)構(gòu)。行走、轉(zhuǎn)彎、抬手、搬運(yùn)物體等動作都會改變整體重心分布。系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)感知姿態(tài)變化并完成力矩補(bǔ)償，否則將導(dǎo)致振蕩或失穩(wěn)。

第二，高頻閉環(huán)控制能力。人形機(jī)器人通常具備數(shù)十個(gè)自由度關(guān)節(jié)，控制系統(tǒng)需在數(shù)百赫茲（Hz）甚至更高頻率下完成傳感、狀態(tài)估計(jì)與執(zhí)行控制的閉環(huán)計(jì)算。任何感知延遲或噪聲放大，都可能在高動態(tài)運(yùn)動中被迅速放大。

第三，復(fù)雜環(huán)境與外部擾動應(yīng)對。地面不平整、坡道變化、負(fù)載改變或突發(fā)外力干擾，都會對機(jī)器人姿態(tài)產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊。系統(tǒng)需要在極短時(shí)間內(nèi)識別擾動方向與幅度，并完成補(bǔ)償控制。

這些問題的本質(zhì)，可歸結(jié)為對“實(shí)時(shí)狀態(tài)感知”的極致要求。機(jī)器人必須在極短時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)獲知自身的姿態(tài)、加速度與角速度變化，而這一能力主要依賴IMU。

02.

IMU在人形機(jī)器人中的核心作用

慣性測量單元（IMU）是一種不受外部干擾、獨(dú)立感知自身運(yùn)動狀態(tài)的傳感器，通常集成三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)，可實(shí)時(shí)測量物體在X、Y、Z三個(gè)軸向的角速度和加速度。此外，六軸IMU還可加入磁力計(jì)，用于校準(zhǔn)偏航角的長期漂移。

目前，大部分機(jī)器人IMU采用MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)械式傳感器/執(zhí)行器相比，MEMS器件擁有體積小（封裝后成品通常僅毫米級）、重量輕、適于批量化制造、易于電路及系統(tǒng)集成等諸多優(yōu)點(diǎn)。

IMU技術(shù)說明圖（圖片由AI生成）

IMU的關(guān)鍵性能指標(biāo)包括角度隨機(jī)游走、零偏穩(wěn)定性、動態(tài)范圍、輸出頻率與溫漂等，這些指標(biāo)直接影響機(jī)器人的控制精度與穩(wěn)定性。

在機(jī)器人行走、跑跳等動作控制中，IMU起著類似人體前庭系統(tǒng)的作用，其主要貢獻(xiàn)包括：

• 姿態(tài)感知與平衡控制：以高頻率測量姿態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)器人的俯仰角（Pitch）、橫滾角（Roll）及偏航角（Yaw），為平衡控制環(huán)路提供基礎(chǔ)反饋。
• 運(yùn)動狀態(tài)反饋與步態(tài)規(guī)劃：捕捉起步、停步及轉(zhuǎn)向時(shí)的微小角速率與加速度變化，輔助算法平滑切換步態(tài)軌跡。
• 融合定位與導(dǎo)航：與視覺、編碼器和SLAM算法組合時(shí)，IMU提供的慣性先驗(yàn)數(shù)據(jù)可提高整體定位精度，并在視覺失效情況下保持短時(shí)運(yùn)動推算能力。
• 碰撞與擾動檢測：通過檢測高動態(tài)變化，幫助控制系統(tǒng)及時(shí)識別外部擾動（如推力），快速調(diào)整姿態(tài)，以提升人機(jī)交互的安全性。

03.

車規(guī)級IMU正成為機(jī)器人量產(chǎn)標(biāo)配

在人形機(jī)器人向產(chǎn)業(yè)化過渡階段，IMU的選擇已從“能用”轉(zhuǎn)向“耐用”。目前IMU方案大致可分為以下3種：

1.消費(fèi)級IMU

價(jià)格低，適用于低動態(tài)環(huán)境，主要面向手機(jī)、穿戴設(shè)備、無人機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品。設(shè)計(jì)壽命短，工作環(huán)境溫和。其可靠性驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)以成本與體積為優(yōu)先，通常缺乏嚴(yán)苛環(huán)境應(yīng)力測試。

零偏穩(wěn)定性受限于成本與封裝工藝，溫漂較大。在長時(shí)間運(yùn)行或溫度變化環(huán)境下，誤差累積明顯，需頻繁依賴外部視覺或GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.工業(yè)級IMU

具備更高穩(wěn)定性和抗振性能，適用于AGV（自動導(dǎo)引車）、工業(yè)機(jī)器人、測量設(shè)備等場景。但在大規(guī)模量產(chǎn)的一致性和長周期壽命驗(yàn)證方面仍有不足。

零偏穩(wěn)定性有所提升，適用于短時(shí)或中等強(qiáng)度運(yùn)行場景，但在“全天候連續(xù)運(yùn)行”條件下，長期穩(wěn)定性仍存在波動。

3.車規(guī)級IMU

基于汽車行業(yè)質(zhì)量體系開發(fā)，需滿足如AEC-Q100等可靠性認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)歷高低溫循環(huán)、溫度沖擊、濕熱老化、機(jī)械沖擊等全套驗(yàn)證流程。其設(shè)計(jì)目標(biāo)不是“單臺可運(yùn)行”，而是“百萬級規(guī)模出貨仍保持一致性”。

通過溫度補(bǔ)償算法、嚴(yán)格的工藝一致性控制以及全溫區(qū)標(biāo)定，能夠在-40℃至105℃寬溫區(qū)內(nèi)保持穩(wěn)定輸出。

總結(jié)而言，消費(fèi)級IMU強(qiáng)調(diào)體積與價(jià)格，在高動態(tài)控制和長時(shí)間運(yùn)行下，零偏易漂移，且工作溫區(qū)有限，可能導(dǎo)致機(jī)器人“越走越歪”；工業(yè)級產(chǎn)品在抗振與穩(wěn)定性上有所提升，但長期一致性與極端環(huán)境覆蓋仍受約束。

相比之下，車規(guī)級IMU基于AEC-Q100等體系開發(fā)，具備-40℃至105℃全溫性能保證、更高采樣與輸出頻率以及全生命周期一致性控制，更契合人形機(jī)器人對穩(wěn)定性與規(guī)模部署的核心需求。

04.

從海外巨頭主導(dǎo)到國產(chǎn)車規(guī)級突破

根據(jù)Yole Group發(fā)布的MEMS市場報(bào)告，全球MEMS慣性傳感器市場長期由歐洲與日本廠商主導(dǎo)，但中國廠商正在快速追趕。

前者主要包括博世（Bosch）、意法半導(dǎo)體（ST）和TDK等國際巨頭，其核心優(yōu)勢集中在底層傳感芯片。

相比之下，中國廠商正通過模組集成，并向核心芯片逆流而上，加速重構(gòu)競爭格局。

以車規(guī)級高精度定位解決方案供應(yīng)商導(dǎo)遠(yuǎn)科技為例，該公司實(shí)現(xiàn)了IMU芯片的全棧自研突破，其自研的GST80芯片先后通過AEC-Q100可靠性測試與ISO 26262 ASIL D產(chǎn)品認(rèn)證。

這標(biāo)志著國產(chǎn)IMU已具備從“精密封裝”向“車規(guī)級芯片”進(jìn)階的能力，為人形機(jī)器人大規(guī)模量產(chǎn)提供了高可靠的國產(chǎn)化基石。

以下按供應(yīng)商介紹各自主力產(chǎn)品與技術(shù)特點(diǎn)：

1.國際標(biāo)桿廠商

Xsens（運(yùn)動捕捉領(lǐng)域的鼻祖）：運(yùn)動捕捉與慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的標(biāo)桿，提供軟硬一體的解決方案。

核心產(chǎn)品與特點(diǎn)：

(1)MTi-630 AHRS：工業(yè)級傳感器，高頻率的慣性反饋，搭載先進(jìn)的傳感器融合算法。

(2)優(yōu)勢： 提供現(xiàn)成的ROS 1/2驅(qū)動程序、Nvidia Jetson兼容性和開源SDK，小尺寸和低功耗，符合人形設(shè)計(jì)約束。

(3)市場應(yīng)用情況：已經(jīng)與英偉達(dá)、Meta、鈦虎機(jī)器人等開展合作，產(chǎn)品還應(yīng)用于特斯拉“Tesla Bot”、北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心“天工”等人形機(jī)器人。

Lord MicroStrain（Parker Hannifin子公司，深耕航空航天市場）：全球領(lǐng)先的運(yùn)動與控制技術(shù)制造商，深耕工業(yè)和航空航天市場，致力于推動工程突破。

核心產(chǎn)品與特點(diǎn)：

(1)3DM-GX5-AHRS：戰(zhàn)術(shù)級慣導(dǎo)、計(jì)算姿態(tài)和導(dǎo)航解決方案，可實(shí)現(xiàn)卓越的動態(tài)姿態(tài)推測。

(2)優(yōu)勢：低噪聲、高精度、小型化、輕量化。

(3)市場應(yīng)用情況：為焊接機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人、外動力骨骼機(jī)器人等提供產(chǎn)品方案，并推出了自研Dusty工業(yè)機(jī)器人。

TDK InvenSense（運(yùn)動跟蹤器件的領(lǐng)導(dǎo)者）：專注于為消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)市場提供運(yùn)動、音頻和壓力傳感解決方案。

核心產(chǎn)品與特點(diǎn)：

(1)ICM-42688-P：6軸MEMS運(yùn)動追蹤器，支持高精度外部時(shí)鐘輸入，低功耗的運(yùn)動喚醒，及I3C?、I2C和SPI串行通信。

(2)特點(diǎn)：高數(shù)據(jù)分辨率、低噪聲、低功耗、易喚醒

(3)市場應(yīng)用情況：著力打造了應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人的產(chǎn)品方案，賦能高通機(jī)器人。

2.中國新勢力廠商

導(dǎo)遠(yuǎn)科技（全球車規(guī)級高精度定位領(lǐng)導(dǎo)者）： 具備芯片、模組、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及量產(chǎn)的全棧能力，憑借車規(guī)級IMU優(yōu)勢進(jìn)入機(jī)器人市場，在全球汽車輔助駕駛高精度定位市場市占率第一。

核心產(chǎn)品與優(yōu)勢：

(1)IMU5146/IMU45A5：車規(guī)級，高量程，姿態(tài)測量精度可達(dá)0.05°，搭載多模態(tài)算法，兼容EtherCAT、RS232、RS485等多類協(xié)議。

(2)優(yōu)勢：車規(guī)級、高精度、高頻采樣、高可靠性、超小體積、精準(zhǔn)時(shí)間同步。

(3)市場應(yīng)用情況：已經(jīng)與數(shù)十家行業(yè)領(lǐng)先的機(jī)器人公司合作，賦能輪式、雙足人形和四足機(jī)器狗等多種具身智能機(jī)器人。

華依科技（汽車動力總成測試領(lǐng)先者）：具備豐富的工程及量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，依托車載傳感器技術(shù)能力，開發(fā)高精度、高穩(wěn)定性的慣導(dǎo)系統(tǒng)。

核心產(chǎn)品與優(yōu)勢：

(1)ARU8010：高性能人形機(jī)器人專用傳感器，國產(chǎn)人形機(jī)器人感知解決方案。

(2)優(yōu)勢：高頻采樣、超大動態(tài)范圍感知、高性價(jià)比、高穩(wěn)定性。

(3)市場應(yīng)用情況：目前已經(jīng)在包括智元等部分機(jī)器人公司進(jìn)行小批量供貨，同時(shí)與多家機(jī)器人公司進(jìn)行送樣工作。

05.

高可靠IMU成為人形機(jī)器人量產(chǎn)關(guān)鍵

人形機(jī)器人的商業(yè)化落地，本質(zhì)上是控制精度的競賽。IMU不再只是“姿態(tài)傳感器”，而是決定整機(jī)穩(wěn)定性、安全性與可靠性的核心基礎(chǔ)部件。

隨著國產(chǎn)廠商在芯片與模組全棧自研上的突破，中國供應(yīng)鏈有望在未來的全球具身智能版圖中占據(jù)核心席位。

參考資料：

1、國務(wù)院新聞辦網(wǎng)站.國務(wù)院新聞辦發(fā)布會介紹2025年工業(yè)和信息化發(fā)展成效》

https://www.gov.cn/lianbo/fabu/202601/content_7059420.htm

2、工業(yè)和信息化部.工業(yè)和信息化部關(guān)于印發(fā)《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》的通知

https://wap.miit.gov.cn/jgsj/kjs/wjfb/art/2023/art_50316f76a9b1454b898c7bb2a5846b79.html

3、科創(chuàng)板日報(bào).中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟：人形機(jī)器人傳感器市場規(guī)模2030年將超30億美元

https://www.chinastarmarket.cn/detail/2186823

4、Yole Group. Status of the MEMS Industry 2025

https://www.yolegroup.com/product/report/status-of-the-mems-industry-2025/

5、Xsens Humanoid Live & Pro：加速人形機(jī)器人訓(xùn)練

https://mp.weixin.qq.com/s/x33MOM4BoYmikS-L_-v7Ug

6、Xsens官網(wǎng).MTi-630 AHRS

https://www.xsens.com/sensor-modules/xsens-mti-630-ahrs?__hstc=81749512.05303cef7f2b9a85bf74137d0a7d729f.1772690304437.1772690304437.1772690304437.1&__hssc=81749512.2.1772690304437&__hsfp=54fc2ca10dbcff096dccb993d16bee9a

7、【應(yīng)用】Xsens動捕技術(shù)在特斯拉人形機(jī)器人中的應(yīng)用

https://mp.weixin.qq.com/s/h5HqB49uuFoP_86orP9hug

8、【新聞】人形機(jī)器人“天工”亮相，Xsens動捕助其姿態(tài)訓(xùn)練

https://mp.weixin.qq.com/s/q3jeRoB-Txxyqqo8XzslNw

9、遇見Dusty：派克團(tuán)隊(duì)如何讓自動化變成現(xiàn)實(shí)

https://mp.weixin.qq.com/s/vtCQUCzj-Wt7qQWoeBeDmg

10、TDK / Qualcomm Robotics Collaboration

https://invensense.tdk.com/tdk-qualcomm-robotics/

11、連續(xù)兩年亮相瑞士機(jī)器人展，導(dǎo)遠(yuǎn)科技傳感產(chǎn)品賦能全球機(jī)器人創(chuàng)新

https://mp.weixin.qq.com/s/Gg45LHyImySm4cd7Jq8kvQ

12、導(dǎo)遠(yuǎn)科技官網(wǎng).IMU5146NAB

https://www.asensing.com/product/99

13、華依科技 華依智造攻克難關(guān)推出國產(chǎn)高精度ARU8010人形機(jī)器人專用姿態(tài)傳感器

https://mp.weixin.qq.com/s/HunoGieit68dKQhpGte6Fw?scene=1&click_id=2

14、與智元機(jī)器人達(dá)成供貨協(xié)議？華依科技回應(yīng)

https://xueqiu.com/S/SH688071/362283657