華安機(jī)械張帆S0010522070003 核心觀點(diǎn)?我們基于人形機(jī)器人單機(jī)需要4個(gè)MEMSIMU、自動(dòng)駕駛L華安證券研究所2 1.IMU 1.IMU位置和姿態(tài)控制核心 1.1什么是IMU?慣性測(cè)量單元(Inertialmeasurementunit，簡(jiǎn)稱(chēng)IMU)，是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角及加速度的裝置。一般IMU包括三軸陀螺儀及VR，大至航空、航天領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。?IMU通常包含陀螺儀(Gyroscope)、加速度計(jì)(Accelermeters)，有的還包含磁力計(jì)(Magnetometers)和氣壓計(jì)。?加速計(jì)是一個(gè)測(cè)量特定力的傳感器（身體質(zhì)量使力正?；Ｋ峁┰谄浔镜乜蚣軆?nèi)跨越x、y、z軸的加速度。?陀螺儀是一個(gè)傳感器，它測(cè)量在其本地框架內(nèi)圍繞x、y和z?磁強(qiáng)計(jì)是一個(gè)測(cè)量地球磁場(chǎng)并提供航向的傳感器（羅盤(pán)就是這樣一個(gè)設(shè)備）。如果它包括在IMU中，我們通常將其描述為"9軸IMU"。?氣壓計(jì)是一個(gè)測(cè)量氣壓的傳感器，可以提供海拔高度。資料來(lái)源：維基百科，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所4 1.2IMU的基本原理?MEMS加速度計(jì)是MEMS領(lǐng)域最早開(kāi)始研究的傳感器之一，它的工作原理就是靠MEMS中可移動(dòng)部分的慣性。?由于中間電容板的質(zhì)量很大，而且它是一種懸臂構(gòu)造，當(dāng)速度變化或者加速度達(dá)到足夠大時(shí)，它所受到的慣性力超過(guò)固定或者支撐它的力，這時(shí)候它會(huì)移動(dòng)，它跟上下電容板之間的距離就會(huì)變化，上下電容就會(huì)因此變化。電容的變化跟加速度成正比。資料來(lái)源：與非網(wǎng)，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所5 1.2IMU的基本原理?下圖為MEMS陀螺儀角速度計(jì)（MEMSgyroscope），其工作原理是利用角動(dòng)量守恒原理及科里奧效應(yīng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的角速率。它主要是一個(gè)不停轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，它的轉(zhuǎn)軸指向不隨承載它的支架的旋轉(zhuǎn)而變化。?與加速度計(jì)工作原理相似，陀螺儀的上層活動(dòng)金屬與下層金屬形成電容。當(dāng)陀螺儀轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，他與下面電容板之間的距離機(jī)會(huì)發(fā)生變化，上下電容也就會(huì)因此而改變。電容的變化跟角速度成正比，由此我們可以測(cè)量當(dāng)前的角速度。資料來(lái)源：與非網(wǎng)，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所6 ?根據(jù)不同的使用場(chǎng)景，對(duì)IMU的精度有不同的要求。精度高，也意味著成本高：?普通的消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品所使用到的IMU都是低精度且十分廉價(jià)的IMU，這種IMU普遍應(yīng)用于手機(jī)、運(yùn)動(dòng)手表中。常用于記錄行走的步數(shù)。?而無(wú)人駕駛所使用到的IMU，價(jià)格從幾百塊到幾萬(wàn)塊不等，取決于此無(wú)人駕駛汽車(chē)對(duì)定位精度的要求。?精度更高的IMU會(huì)用于導(dǎo)彈或航天飛機(jī)。宇航級(jí)的IMU可以達(dá)到極高精度的推算，誤差甚至可以小于一米。圖表4IMU的精度、價(jià)格和使用場(chǎng)景敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所7?由于制作工藝的原因，慣性傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)通常都會(huì)有一定誤差。?第一種誤差是偏移誤差，也就是陀螺儀和加速度計(jì)即使在沒(méi)有旋轉(zhuǎn)或加速的情況下也會(huì)有非零的數(shù)據(jù)輸出。要想得到位移數(shù)據(jù)，我們需要對(duì)加速度計(jì)的輸出進(jìn)行兩次積分。在兩次積分后，即使很小的偏移誤差會(huì)被放大，隨著時(shí)間推進(jìn)，位移誤差會(huì)不斷積累，最終導(dǎo)致我們沒(méi)法再跟蹤物體的位置。?第二種誤差是比例誤差，所測(cè)量的輸出和被檢測(cè)輸入的變化之間的比率。與偏移誤差相似，在兩次積分后，隨著時(shí)間推進(jìn)，其造成的位移誤差也會(huì)不斷積累。?第三種誤差是背景白噪聲，如果不給予糾正，也會(huì)導(dǎo)致我們沒(méi)法再跟蹤物體的位置。圖表5IMU的誤差類(lèi)型誤差類(lèi)型產(chǎn)生原因確定性誤差非正交誤差///計(jì)算姿態(tài)的本質(zhì)是對(duì)角速率做積分，這必然會(huì)對(duì)噪聲也做了積分。白噪聲的積分并不是白噪聲，而是一個(gè)馬爾可夫過(guò)程，即當(dāng)前時(shí)刻的誤差是在上一時(shí)刻誤差的基礎(chǔ)上累加一個(gè)隨機(jī)白噪聲得到的。角度誤差中所含的馬爾可夫性質(zhì)的誤差，稱(chēng)為角度隨機(jī)游走。在MEMS中，可能是微機(jī)電結(jié)構(gòu)中的帶電質(zhì)量塊在電容板中的位置不準(zhǔn)確，就產(chǎn)生了這樣的固定零偏。零偏（上電）重復(fù)性全稱(chēng)是零偏逐次上電重復(fù)性（run-to-runrepeatability），這是傳統(tǒng)慣性器件的經(jīng)典指標(biāo)，是指慣性器件不同次上電運(yùn)行零偏溫敏系數(shù)板間介質(zhì)的介電常數(shù)是會(huì)隨著溫度變化的，同樣的加速度。角速度，在不同的溫度下可能測(cè)量的值不同，這就導(dǎo)致了IMU的溫漂現(xiàn)象零偏穩(wěn)定性反映器件上電穩(wěn)定后其零偏隨時(shí)間變化的情況（這里指溫度恒定的情況下的零偏漂移，和溫漂區(qū)分開(kāi)），主要是由于電子器件的閃變?cè)肼?FlickerNoise)影響，導(dǎo)致零偏或者說(shuō)偏置隨時(shí)間游走。零偏加速度敏感性陀螺的輸出本來(lái)應(yīng)該對(duì)加速度完全不敏感，但由于其敏感結(jié)構(gòu)的加工誤差等因素，多少還是會(huì)受到線(xiàn)加速度影響的。資料來(lái)源：武漢大學(xué)多源智能導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)室，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所8汽車(chē)銷(xiāo)量-QIMU單機(jī)數(shù)L3級(jí)以上滲IMU單價(jià)汽車(chē)銷(xiāo)量-QIMU單機(jī)數(shù)L3級(jí)以上滲IMU單價(jià)-P機(jī)器人出貨 圖表6民用MEMSIMU市場(chǎng)空間測(cè)算方法論IMUIMU單車(chē)數(shù)IMU單價(jià)-P放置一顆IMU，達(dá)到自由行動(dòng)以及靈活姿態(tài)我們預(yù)測(cè)單機(jī)資料來(lái)源：華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所9 2.1自動(dòng)駕駛中的傳感器隨著科技的不斷發(fā)展，自動(dòng)駕駛技術(shù)日趨成熟。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的各種復(fù)雜功能，精確而又可靠的位置信息開(kāi)始變得?擁擠的城市峽谷環(huán)境給自動(dòng)駕駛汽車(chē)傳感器陣列帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。當(dāng)自動(dòng)駕駛汽車(chē)在失去GPS/GNSS信號(hào)的情況?感知傳感器作為自動(dòng)駕駛主動(dòng)決策的主要信息來(lái)源，可以感知車(chē)輛周?chē)氖澜纭?導(dǎo)航系統(tǒng)由GNSS/GPS接收機(jī)和INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）組成，慣導(dǎo)系統(tǒng)包括慣性運(yùn)動(dòng)傳感器和來(lái)自里程計(jì)和轉(zhuǎn)向傳?長(zhǎng)期以來(lái)，基于MEMS的慣性傳感器（如陀螺儀和加速度計(jì)）已作為分立元件應(yīng)用于車(chē)輛的碰撞檢測(cè)、安全氣囊彈出和電子穩(wěn)定性控制。圖表7自動(dòng)駕駛汽車(chē)常用的八種傳感器資料來(lái)源：新納傳感官微，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所 ?平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)采用物理平臺(tái)模擬導(dǎo)航坐標(biāo)系統(tǒng)，加速度計(jì)安裝在由于陀螺儀控制的穩(wěn)定平臺(tái)上，輸出的信息由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)計(jì)算航行器位置、速度等導(dǎo)航信息及陀螺的施矩信息。陀螺在施矩信息作用下，通過(guò)平臺(tái)穩(wěn)定回路控制平臺(tái)跟蹤導(dǎo)航坐標(biāo)系在慣性空間的角速度。而航行器的姿態(tài)和方位信息，則從平臺(tái)的框架軸上直接測(cè)量得到。?捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航采用數(shù)學(xué)算法確定導(dǎo)航坐標(biāo)系，即加速度計(jì)和陀螺儀直接安裝在運(yùn)載體上，得到信息量之后通過(guò)數(shù)學(xué)平臺(tái)確定運(yùn)載體的速度、位置以及姿態(tài)等航向信息圖表8平臺(tái)式慣性導(dǎo)航資料來(lái)源：頭豹研究院，華安證券研究所整理圖表9捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航資料來(lái)源：頭豹研究院，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所12華安證券研究所華安證券研究所 2.2自動(dòng)駕駛中IMU的優(yōu)勢(shì)?與其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，IMU主導(dǎo)的慣導(dǎo)系統(tǒng)具有信息全面，完全自主、高度隱蔽、信息實(shí)時(shí)與連續(xù)，且不受時(shí)間、地域的限制和人為因素干擾等重要特性，在城市峽谷或森林道路中，IMU不會(huì)受到多路徑效應(yīng)或信號(hào)衰減的影響。?在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，IMU數(shù)據(jù)與GNSS、視覺(jué)和其他探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)融合，以填補(bǔ)GNSS更新之間的空隙，并在GNSS和/或其他傳感器受到影響時(shí)安全進(jìn)行短時(shí)導(dǎo)航。IMU數(shù)據(jù)始終可用，是任何自主車(chē)輛系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，并可用于在具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中維持車(chē)輛安全運(yùn)行。圖表10自動(dòng)駕駛中的IMU應(yīng)用圖表11集成有IMU的高鐵軌道檢測(cè)小車(chē)資料來(lái)源：傳感器專(zhuān)家網(wǎng)，華安證券研究所整理資料來(lái)源：傳感器專(zhuān)家網(wǎng)，華安證券研究所整理 2.2自動(dòng)駕駛中IMU的優(yōu)勢(shì)?自動(dòng)駕駛汽車(chē)駛?cè)敫邩橇至⒌膮^(qū)域，失去了衛(wèi)星信號(hào)，無(wú)法由GPS提供絕對(duì)定位，此時(shí)，IMU可以發(fā)揮其延續(xù)絕對(duì)定位的作用，在沒(méi)有GPS信號(hào)的區(qū)域?yàn)槠?chē)提供絕對(duì)定位信息，這些信息包括汽車(chē)的實(shí)時(shí)經(jīng)緯度和海拔高度。?自動(dòng)駕駛汽車(chē)通過(guò)車(chē)道線(xiàn)識(shí)別功能確保自身在道路中行駛，在遇到強(qiáng)烈太陽(yáng)光照射的情況下，車(chē)道線(xiàn)識(shí)別功能失效。此時(shí)，IMU可以發(fā)揮其延續(xù)相對(duì)定位的作用，根據(jù)歷史記錄中的道路曲率與汽車(chē)相對(duì)于車(chē)道邊界的歷史位置，確保汽車(chē)在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)行駛在車(chē)道中。圖表12視線(xiàn)遮擋時(shí)IMU工作示意圖圖表13強(qiáng)烈太陽(yáng)光下IMU工作示意圖資料來(lái)源：焉知汽車(chē)，華安證券研究所整理資料來(lái)源：焉知汽車(chē)，華安證券研究所整理華安證券研究所14 2.2自動(dòng)駕駛中IMU的優(yōu)勢(shì)IMU是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在定位領(lǐng)域的最后一道防線(xiàn):?第一，IMU對(duì)相對(duì)和絕對(duì)位置的推演沒(méi)有任何外部依賴(lài)，是一個(gè)類(lèi)似于黑匣子的完備系統(tǒng)；相比而言，基于GPS的絕對(duì)定位依賴(lài)于衛(wèi)星信號(hào)的覆蓋效果，基于高精地圖的絕對(duì)定位依賴(lài)于感知的質(zhì)量和算法的性能，而感知的質(zhì)量與天氣有關(guān)，都有一定的不確定性。?第二，同樣是由于IMU不需要任何外部信號(hào)，它可以電子或機(jī)械攻擊；相比而言，視覺(jué)、激光和毫米波在提供相對(duì)或絕對(duì)定位時(shí)必須接收來(lái)自汽車(chē)外部的電磁波或光波信號(hào)，這樣就很容易被來(lái)自攻擊者的電磁波或強(qiáng)光信號(hào)干擾而致盲，也容易被石子、刮蹭等意外?第三，IMU對(duì)角速度和加速度的測(cè)量值之間本就具有一定的冗余性，再加上輪速計(jì)和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角等冗余信息，使其輸出結(jié)果的置信度遠(yuǎn)高于其它傳感器提供的絕對(duì)或相對(duì)定位結(jié)果。圖表14高精度IMU在自動(dòng)駕駛汽車(chē)的廣泛實(shí)際應(yīng)用資料來(lái)源：新納傳感官微，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所15 2.3自動(dòng)駕駛中的GNSS+RTK+IMU組合導(dǎo)航?當(dāng)乘用車(chē)達(dá)到L3及以上自動(dòng)駕駛水平，車(chē)輛必將擁有能夠精準(zhǔn)定位的裝置。目前乘用車(chē)的定位精度普遍未能達(dá)到自動(dòng)駕駛的要求。乘用車(chē)高精度定位應(yīng)用屬于從0到1的環(huán)節(jié)，隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的演進(jìn)，其重要性將日益增強(qiáng)。端的工作模塊主要分為三類(lèi)：感知層，決策層和控制層。感知層依賴(lài)于衛(wèi)星定位、慣性定位、環(huán)境感知等定位技術(shù)，來(lái)感知外界、自己車(chē)輛狀態(tài)，是自動(dòng)駕駛的前置條件。資料來(lái)源：頭豹研究院，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所16 2.3自動(dòng)駕駛中的GNSS+RTK+IMU組合導(dǎo)航?衛(wèi)星定位、慣性定位、環(huán)境感知定位三種定位方式由于實(shí)現(xiàn)的方式不同，在不同能力范圍內(nèi)各有優(yōu)劣，單獨(dú)的定位方式方案難以滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛對(duì)高精定位的需求。圖表16三種定位方式優(yōu)劣對(duì)比表的自主式系統(tǒng)短期精度和穩(wěn)定性好·由于導(dǎo)航信息經(jīng)過(guò)積分產(chǎn)生，定位誤差隨時(shí)間而衛(wèi)星定位·依賴(lài)衛(wèi)星信號(hào)，在衛(wèi)星信號(hào)丟失時(shí)無(wú)法定位·GNSS信號(hào)更新頻率低，不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)定位需求·RTK技術(shù)的適用范圍限制于地基信號(hào)增強(qiáng)站的覆環(huán)境特征定位·攝像頭和各種雷達(dá)獲取的特征信息的準(zhǔn)確度受到天氣，環(huán)境，光線(xiàn)影響大·對(duì)環(huán)境變化的魯棒性差，所以前期需要大量的數(shù)據(jù)驗(yàn)證去盡可能覆蓋各種特征信息，單方案實(shí)現(xiàn)難度大資料來(lái)源：頭豹研究院，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所17 2.3自動(dòng)駕駛中的GNSS+RTK+IMU組合導(dǎo)航攝像頭等感知設(shè)備用于環(huán)境感知。?車(chē)輛從GNSS+RTK+IMU定位組合中獲得車(chē)輛位置的預(yù)測(cè)值，從高精地圖中獲取位置附近的環(huán)境特征，之后將掃描識(shí)別的環(huán)境特征與高精地圖記述的環(huán)境特征做匹配融合，獲取車(chē)輛當(dāng)下精準(zhǔn)的位置信息。各工作單元之間信息相互耦合，結(jié)果相互冗余，從而保障了定位的精度和可靠性。?通過(guò)激光雷達(dá)、視覺(jué)等傳感器實(shí)現(xiàn)的環(huán)境特征定位與高精地圖結(jié)合的定位方案也能實(shí)現(xiàn)高精定位，但是視覺(jué)、激光雷達(dá)等傳感器的器件成本，以及對(duì)邊緣計(jì)算的要求高，衛(wèi)慣組合導(dǎo)航幾乎可以通過(guò)十分之一的價(jià)格實(shí)現(xiàn)相同的效果。所以目前衛(wèi)慣組合導(dǎo)航還是最主流的高精定位方案。圖表17完全組合的定位框架資料來(lái)源：頭豹研究院，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所18 3.MEMSIMU卡位人形機(jī)器人 3.1IMU在早期四足機(jī)器人導(dǎo)航中的應(yīng)用?四足機(jī)器人屬于腿式機(jī)器人的一種，可以自主行走，對(duì)惡劣復(fù)雜地形的適應(yīng)性強(qiáng)，已經(jīng)成為當(dāng)今移動(dòng)機(jī)器人研究的熱點(diǎn)。四足機(jī)器人的應(yīng)用非常廣泛，特種領(lǐng)域方面，四足機(jī)器人可以進(jìn)入人類(lèi)無(wú)法進(jìn)入的危險(xiǎn)場(chǎng)域；陪護(hù)領(lǐng)域方面，四足機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)人際交流；軍事領(lǐng)域方面，四足機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)高運(yùn)動(dòng)性能的作戰(zhàn)移動(dòng)平臺(tái)。?作為自主導(dǎo)航機(jī)器人，機(jī)器必須實(shí)時(shí)知曉自己的位置。而IMU是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角（或角速率）以及加速度的設(shè)備，在機(jī)器人導(dǎo)航中有著很重要的應(yīng)用。四足機(jī)器人從IMU、激光雷達(dá)等傳感器獲取信息，通過(guò)相關(guān)算法，實(shí)現(xiàn)即時(shí)定位與地敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所20 3.2IMU在人形機(jī)器人導(dǎo)航中的應(yīng)用?早期機(jī)器人通常在軀干位置放置IMU，隨著慣導(dǎo)系統(tǒng)在人形機(jī)器人中的應(yīng)用逐漸成熟，頭部也將放置IMU，和資料來(lái)源：優(yōu)必選官網(wǎng)，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所21 3.3頂尖機(jī)器人應(yīng)用IMU?ICM-42688-P是TDK針對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)追蹤應(yīng)用推出的高性能6軸IMU。TDK慣性傳感器系列由加速度傳感器、陀螺儀傳感器復(fù)合化的IMU構(gòu)成，旗下的機(jī)器人IMU在日本機(jī)器人行業(yè)中有很高的知名度。?這款6軸MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器，在性能上是絕對(duì)的行業(yè)領(lǐng)先。它的噪聲、靈敏度以及隨時(shí)間和溫度變化的偏置穩(wěn)定性都處于很高的行業(yè)水平。它的噪聲、靈敏度以及隨時(shí)間和溫度變化的偏置穩(wěn)定性都處于很高的行業(yè)水平。其中的陀螺儀，最關(guān)鍵的靈敏度誤差，依然是±0.5%這個(gè)絕對(duì)領(lǐng)先的數(shù)值。在零速率偏移量上，可以做到±0.5dps這種車(chē)載水平。而在機(jī)器人應(yīng)用中絕對(duì)重要的噪聲密度，為0.0028dps/√Hz，低密度的噪聲讓機(jī)器人更容易獲取自己的位置信息。加速度計(jì)同樣是±0.5%的靈敏度誤差以及車(chē)載水平的±40mg零加速度偏移量。噪聲密度為75dps/√Hz。該IMU配合TDK旗下的RoboVac可以進(jìn)一步提高應(yīng)用程序性能的?這個(gè)系列還有一個(gè)更直接的優(yōu)勢(shì)，功耗低。在低噪聲模式下的A+G為880μA；在低功率模式下的A小于50μA。對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人這類(lèi)中小型機(jī)器人，低功耗器件往往是廠商的第一選擇。資料來(lái)源：電子發(fā)燒友，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所22 3.3頂尖機(jī)器人應(yīng)用IMU?ST在IMU內(nèi)整合了補(bǔ)充類(lèi)型的傳感器，提供了比分立式MEMS產(chǎn)品更小巧、穩(wěn)定且易于組裝的慣性模塊。整合的器件包括加速計(jì)，陀螺儀以及磁力計(jì)。ISM330DHCX的傳感元件采用專(zhuān)門(mén)的技術(shù)開(kāi)發(fā)，與傳感元件有很好的匹配度。在ISM330DHCX中不同于其他設(shè)計(jì)的是加速度計(jì)和陀螺儀的傳感元件在同一個(gè)硅芯片上，這種設(shè)計(jì)最直接的效果就是提升了器件的穩(wěn)定性和魯棒性。?雖然該模塊是泛工業(yè)應(yīng)用器件，不是專(zhuān)門(mén)針對(duì)機(jī)器人應(yīng)用推出的，但是它在整體設(shè)計(jì)有無(wú)可爭(zhēng)議的優(yōu)異性能，以及完善的配套可以完美契合移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用。資料來(lái)源：電子發(fā)燒友，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所233.43.4IMU在人形機(jī)器人中的應(yīng)用?IMU可測(cè)量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)，是機(jī)器人平衡和穩(wěn)定行走的關(guān)鍵?由IMU主導(dǎo)的慣性系統(tǒng)，可以在人形機(jī)器人中實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航、慣性測(cè)量和慣性穩(wěn)控等多重功能。其中以慣性導(dǎo)航的應(yīng)用最為廣泛。應(yīng)用方向具體內(nèi)容原理圖慣性導(dǎo)航慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心器件是陀螺儀和加速度計(jì)。通常情況下，每套慣性系統(tǒng)包含三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)，分別測(cè)量三個(gè)自由度的角速率和線(xiàn)加速度；通過(guò)對(duì)角速率和線(xiàn)加速度按時(shí)間積分以及疊加運(yùn)算，可以動(dòng)態(tài)確定自身位置變化，從而確定自身移動(dòng)軌跡以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。慣性測(cè)量慣性測(cè)量系統(tǒng)是利用陀螺儀、加速度計(jì)等慣性敏感元件和電子計(jì)算機(jī)測(cè)量載體相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)的角速率和加速度，以確定載體的位置和地球重力場(chǎng)參數(shù)的組合系統(tǒng)。測(cè)量穩(wěn)控慣性穩(wěn)控是通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)姿態(tài)與位置變化，利用伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)姿態(tài)，使被穩(wěn)定對(duì)象與設(shè)定目標(biāo)保持相對(duì)穩(wěn)定的裝置。慣性穩(wěn)控利用陀螺儀敏感框架的角速率信號(hào)，利用控制算法進(jìn)行伺服結(jié)構(gòu)的控制，保持在外部干擾情況下平臺(tái)的穩(wěn)定，提高平臺(tái)設(shè)備工作的性能。資料來(lái)源：芯動(dòng)聯(lián)科招股說(shuō)明書(shū)，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所24 3.5人形機(jī)器人IMU方案?MEMS慣性傳感器指采用MEMS工藝制備的慣性傳感器，與傳統(tǒng)工藝制造的慣性傳感器相比，MEMS器件具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和智能化等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、汽車(chē)、船舶、消費(fèi)電子、醫(yī)療等領(lǐng)域。高性能MEMS慣性傳感器，包括MEMS陀螺儀、MEMS加速度計(jì)和MEMS慣性測(cè)量單元（IMU均包含一顆微機(jī)械（MEMS）芯片和一顆專(zhuān)用控制電路（ASIC）芯片，并通過(guò)慣性技術(shù)實(shí)現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡的感知。IMU方案特斯拉OPTIMUSOptimus通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型OccupancyNetworks和DojoD1超級(jí)計(jì)算芯片，接受并處理來(lái)自包括IMU在內(nèi)各種傳感器的數(shù)據(jù)，以識(shí)別環(huán)境空間并執(zhí)行任務(wù)。波士頓動(dòng)力Atlas使用集成IMU、聯(lián)合位置和力傳感器來(lái)控制自身的肢體動(dòng)作，并通過(guò)感知地面來(lái)保持平衡，但仍需要TOF深度相機(jī)等輔助感知障礙物并完成導(dǎo)航。H1通用人形機(jī)器人復(fù)用公司在四足機(jī)器人積累的控制技術(shù)和模型處理來(lái)自IMU等傳感器數(shù)據(jù)，并配有3D激光雷達(dá)+深度相機(jī)，實(shí)時(shí)獲取高精度的空間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全景掃描。CyberOne機(jī)器人所搭載的Mi-Sense深度視覺(jué)模組是由小米設(shè)計(jì)，歐菲光協(xié)同開(kāi)發(fā)完成，而據(jù)歐菲光公開(kāi)的資料，其機(jī)器視覺(jué)深度相機(jī)模塊主要由iToF模組、RGB模組、可選的IMU模塊組成。上海智元機(jī)器人遠(yuǎn)征A1內(nèi)置RGBD相機(jī)、激光雷達(dá)、IMU和麥克風(fēng)陣列，全身?yè)碛?9個(gè)自由度，在各種復(fù)雜場(chǎng)景下資料來(lái)源：各公司官網(wǎng)，機(jī)器之心，巨豐財(cái)經(jīng)，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所25 4.MEMSIMU市場(chǎng)空間廣闊華安證券研究所華安證券研究所?目前來(lái)看，我國(guó)量產(chǎn)乘用車(chē)自動(dòng)駕駛等級(jí)正在由L2向L3過(guò)度。未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展空間廣闊。在全新的自動(dòng)化駕駛架構(gòu)下，汽車(chē)智能化的滲透率不斷提升，傳統(tǒng)汽車(chē)行業(yè)正面臨著變革與轉(zhuǎn)型，行業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。?根據(jù)中汽協(xié)預(yù)測(cè)，2025年中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)量或?qū)⑦_(dá)到3000萬(wàn)輛。?我們預(yù)測(cè)，2025年我國(guó)L3級(jí)以上（包含L3）自動(dòng)駕駛的滲透率保守估計(jì)為10%，樂(lè)觀估計(jì)為20%。0 資料來(lái)源：智研咨詢(xún)，中汽協(xié)，華安證券研究所整理201920202021E2022E20232727 4.2人形機(jī)器人領(lǐng)域市場(chǎng)情況?在中國(guó)市場(chǎng)上，人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模較小，但增長(zhǎng)速度非常快。恒州誠(chéng)思報(bào)告顯示，2019年中國(guó)人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模大約為9.6億美元，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到30億美元，折合人民幣200億，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)19.7%。?根據(jù)2023年5月GGII發(fā)布的報(bào)告預(yù)測(cè)，到2030年全球市場(chǎng)規(guī)模有望突破200億美元。參考中國(guó)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)約占全球市場(chǎng)25%的數(shù)值測(cè)算，2030年中國(guó)人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)50億美元，折合人民幣350億。?人形機(jī)器人市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)處于高速發(fā)展階段，未來(lái)市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大。雖然中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小，但增長(zhǎng)速度非?？?，未來(lái)有望成為全球人形機(jī)器人市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)之一。機(jī)器人產(chǎn)品低于9萬(wàn)美元（約合65萬(wàn)人民幣）長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)將硬件成本控制在20萬(wàn)元以?xún)?nèi)特斯拉Optimus未來(lái)有望低于2萬(wàn)美元優(yōu)必選WalkerX全世界第一款把成本做到10萬(wàn)美金的大型仿人機(jī)器人資料來(lái)源：各公司官網(wǎng)，恒州誠(chéng)思，GGII，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所28 4.3IMU市場(chǎng)空間測(cè)算應(yīng)用領(lǐng)域預(yù)計(jì)2025年出貨量（萬(wàn)臺(tái)）單臺(tái)IMU數(shù)量IMU價(jià)值量（億元）19人形機(jī)器人46/14/敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所29 IMU中的MEMS陀螺儀按照零偏穩(wěn)定性的指標(biāo)劃為消費(fèi)級(jí)（>15°/h）、戰(zhàn)術(shù)級(jí)（0.15-15°/h）、導(dǎo)航級(jí)（0.01-0.15°/h）、戰(zhàn)略級(jí)（<0.01°/h）。目前國(guó)內(nèi)在消費(fèi)級(jí)完全自主可控，戰(zhàn)術(shù)級(jí)達(dá)到1°/h以?xún)?nèi)的精度之后完全依賴(lài)于海外進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)替代自主可控成為關(guān)鍵；目前主要的應(yīng)用場(chǎng)景為自動(dòng)駕駛L3級(jí)以及以上的水平、人形機(jī)器人所需要的IMU芯片精度需要達(dá)到1°/h以?xún)?nèi)。海外廠商主要包括霍尼韋爾、TDK、ST、SiliconSensing等；國(guó)內(nèi)，芯動(dòng)聯(lián)科目前唯一能夠生產(chǎn)高精度MEMS傳感器的國(guó)內(nèi)廠商，此外正在布局自動(dòng)駕駛L3級(jí)以及以上所需的IMU芯片的廠商還包括上海矽?？萍?、深圳深迪半導(dǎo)體。直接生產(chǎn)IMU模組的廠商，海外主要包括TDK、ST、霍尼韋爾等；國(guó)內(nèi)包括芯動(dòng)聯(lián)科、蘇州固锝。海外廠商主要包括U-Blox、霍尼韋爾、ADI、諾斯羅普格魯曼（NorthropGrumman）；國(guó)內(nèi)包括中海達(dá)、華測(cè)導(dǎo)航、華依科技、星網(wǎng)宇達(dá)、理工導(dǎo)航。資料來(lái)源：華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所30 EPS（元）PE（倍）投資評(píng)級(jí)未評(píng)級(jí)資料來(lái)源：同花順iFinD，華安證券研究所整理敬請(qǐng)參閱末頁(yè)重要聲明及評(píng)級(jí)說(shuō)明華安證券研究所32 華安證券研究所