惯性测量单元IMU行业报告：人形机器人MEMS IMU（41页）

行业报告下载 2024年04月15日 11:00 管理员

IMU 是辅助人形机器人实现双足运动的解决方案之一，并且也是可行性最高的方案。辅助人形机器人实现类人体双足运动的技术有很多种，按照不同的技术路线可大致分为三类：① 使用光学/机器视觉进行动作捕捉，其基本原理是在模型中添加所有相关的关节角度，从而使人形机器人可复刻人体运动。该方案的优势在于可以准确估计人体在世界坐标系中的绝对位置和方向，劣势在于外部摄像头的性能容易受到障碍物遮挡的影响。②被动外骨骼和手动引导，其基本原理是通过人形机器人的关节角度传感器记录人类演示者的各项运动数据，从而使其复刻人体运动。该方案的虽可以快速将人体运动转化为机器人运动，但是在实际操作过程中需要按照人类演示者打造特定尺寸的被动外骨骼，并且人类演示者很难演示复杂的运动，这可能会导致人形机器人的动作与人类演示者存在较大差距。③惯性测量单元（IMU），其基本原理是利用加速度计、陀螺仪、磁力计等内置的传感器估计 IMU 的位置和方向，从而得到安装了 IMU 的各个身体部位的位置和方向。

该方案的优势在于不需要外部摄像头来测量 IMU 的运动因而不会受到遮挡的影响，劣势在于内置的加速度计、陀螺仪等传感器本身存在漂移问题从而会损失部分精确性。通过比较三种解决方案可知，惯性测量单元（IMU）的可行性最高，该方案能够有效规避障碍物遮挡问题和复杂运动的执行问题，虽在精确性上有一定不足，但可以通过开发适当的滤波器来减少漂移、提高精确性。基于人形机器人减重、降本及批量化生产的诉求，MEMS IMU 或为最佳的技术解决方案。在特斯拉 Optimus 人形机器人面世之前，人形机器人技术长期处于产业化发展前夕，一个核心的原因是单台造价成本高昂。根据新战略咨询的统计，在人形机器人领域布局较早的本田公司（ASIMO 人形机器人）、波士顿动力（Atlas 人形机器人）制造成本分别为 250 万美元、200 万美元，虽经过多年升级迭代但仍未实现商业化；而特斯拉（Optimus 人形机器人）在降本方面虽已取得了卓越成效，但目前单台成本仍在 10 万美元左右，还需降本 80%才能达到单台 2 万美元的目标成本。目前减重、降本及批量化生产已经成为人形机器人实现产业化的必经之路，在此背景下 MEMS IMU 或为最佳的技术解决方案，原因是：①MEMS 技术在低成本、小体积、易于批量化生产上有与生俱来的优势；②IMU 产品形态具有尺寸小、功耗低、高集成化等优势。