具身智能的“前庭系統”｜人形機器人IMU供應商盤點

2月26日，德國總理弗里德里希·默茨率團訪問位于杭州的宇樹科技，再次引發市場對人形機器人產業的關注。

資本市場的密集注資印證了行業的爆發式增長。1月21日，國務院新聞辦公室舉行新聞發布會介紹，2025年國內整機企業數量超140家。

進入2026年，中國機器人賽道融資明顯提速，不到3個月的時間機器人領域融資金額超過百億元，包括星動紀元、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器人企業。

政策層面，工信部等部門在《人形機器人創新發展指導意見》中明確提出支持高端傳感器、自主核心零部件與整機系統研發，推動關鍵部件國產化進程。

資本、政策與產業鏈資源持續向“具身智能”方向聚集，行業整體正從實驗室研發階段，邁向規模化與商業化驗證階段。

根據中國傳感器與物聯網產業聯盟發布的《2025年人形機器人與傳感器產業報告》顯示，在人形機器人的硬件成本（BOM）結構中，傳感器組件占比高達20%-22%。

其中，負責平衡控制與空間感知的慣性測量單元（IMU）被譽為機器人的“前庭系統”，是實現具身智能自主移動的核心基石。

01.

人形機器人的核心難點：動態平衡與實時狀態估計

無論是雙足形態，還是輪式底盤的人形機器人，其核心控制挑戰都集中在高頻狀態估計與動態穩定能力上。

人形機器人和輪式底盤機器人（圖片由AI生成）

人形機器人本質上是一個多自由度、高耦合、重心持續變化的復雜動力系統。其控制難點主要體現在三個層面：

第一，重心動態管理與姿態穩定。人形機器人擁有高度集中但可大幅移動的質心結構。行走、轉彎、抬手、搬運物體等動作都會改變整體重心分布。系統必須實時感知姿態變化并完成力矩補償，否則將導致振蕩或失穩。

第二，高頻閉環控制能力。人形機器人通常具備數十個自由度關節，控制系統需在數百赫茲（Hz）甚至更高頻率下完成傳感、狀態估計與執行控制的閉環計算。任何感知延遲或噪聲放大，都可能在高動態運動中被迅速放大。

第三，復雜環境與外部擾動應對。地面不平整、坡道變化、負載改變或突發外力干擾，都會對機器人姿態產生瞬時沖擊。系統需要在極短時間內識別擾動方向與幅度，并完成補償控制。

這些問題的本質，可歸結為對“實時狀態感知”的極致要求。機器人必須在極短時間內精準獲知自身的姿態、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、獨立感知自身運動狀態的傳感器，通常集成三軸陀螺儀和三軸加速度計，可實時測量物體在X、Y、Z三個軸向的角速度和加速度。此外，六軸IMU還可加入磁力計，用于校準偏航角的長期漂移。

目前，大部分機器人IMU采用MEMS（微機電系統）技術。與傳統機械式傳感器/執行器相比，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、易于電路及系統集成等諸多優點。

IMU技術說明圖（圖片由AI生成）

IMU的關鍵性能指標包括角度隨機游走、零偏穩定性、動態范圍、輸出頻率與溫漂等，這些指標直接影響機器人的控制精度與穩定性。

在機器人行走、跑跳等動作控制中，IMU起著類似人體前庭系統的作用，其主要貢獻包括：

• 姿態感知與平衡控制：以高頻率測量姿態數據，實時計算機器人的俯仰角（Pitch）、橫滾角（Roll）及偏航角（Yaw），為平衡控制環路提供基礎反饋。
• 運動狀態反饋與步態規劃：捕捉起步、停步及轉向時的微小角速率與加速度變化，輔助算法平滑切換步態軌跡。
• 融合定位與導航：與視覺、編碼器和SLAM算法組合時，IMU提供的慣性先驗數據可提高整體定位精度，并在視覺失效情況下保持短時運動推算能力。
• 碰撞與擾動檢測：通過檢測高動態變化，幫助控制系統及時識別外部擾動（如推力），快速調整姿態，以提升人機交互的安全性。

03.

車規級IMU正成為機器人量產標配

在人形機器人向產業化過渡階段，IMU的選擇已從“能用”轉向“耐用”。目前IMU方案大致可分為以下3種：

1.消費級IMU

價格低，適用于低動態環境，主要面向手機、穿戴設備、無人機等消費電子產品。設計壽命短，工作環境溫和。其可靠性驗證標準以成本與體積為優先，通常缺乏嚴苛環境應力測試。

零偏穩定性受限于成本與封裝工藝，溫漂較大。在長時間運行或溫度變化環境下，誤差累積明顯，需頻繁依賴外部視覺或GNSS（全球導航衛星系統）進行校準。

2.工業級IMU

具備更高穩定性和抗振性能，適用于AGV（自動導引車）、工業機器人、測量設備等場景。但在大規模量產的一致性和長周期壽命驗證方面仍有不足。

零偏穩定性有所提升，適用于短時或中等強度運行場景，但在“全天候連續運行”條件下，長期穩定性仍存在波動。

3.車規級IMU

基于汽車行業質量體系開發，需滿足如AEC-Q100等可靠性認證標準，經歷高低溫循環、溫度沖擊、濕熱老化、機械沖擊等全套驗證流程。其設計目標不是“單臺可運行”，而是“百萬級規模出貨仍保持一致性”。

通過溫度補償算法、嚴格的工藝一致性控制以及全溫區標定，能夠在-40℃至105℃寬溫區內保持穩定輸出。

總結而言，消費級IMU強調體積與價格，在高動態控制和長時間運行下，零偏易漂移，且工作溫區有限，可能導致機器人“越走越歪”；工業級產品在抗振與穩定性上有所提升，但長期一致性與極端環境覆蓋仍受約束。

相比之下，車規級IMU基于AEC-Q100等體系開發，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，更契合人形機器人對穩定性與規模部署的核心需求。

04.

從海外巨頭主導到國產車規級突破

根據Yole Group發布的MEMS市場報告，全球MEMS慣性傳感器市場長期由歐洲與日本廠商主導，但中國廠商正在快速追趕。

前者主要包括博世（Bosch）、意法半導體（ST）和TDK等國際巨頭，其核心優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，加速重構競爭格局。

以車規級高精度定位解決方案供應商導遠科技為例，該公司實現了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產品認證。

這標志著國產IMU已具備從“精密封裝”向“車規級芯片”進階的能力，為人形機器人大規模量產提供了高可靠的國產化基石。

以下按供應商介紹各自主力產品與技術特點：

1.國際標桿廠商

Xsens（運動捕捉領域的鼻祖）：運動捕捉與慣性導航領域的標桿，提供軟硬一體的解決方案。

核心產品與特點：

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

(2)優勢： 提供現成的ROS 1/2驅動程序、Nvidia Jetson兼容性和開源SDK，小尺寸和低功耗，符合人形設計約束。

(3)市場應用情況：已經與英偉達、Meta、鈦虎機器人等開展合作，產品還應用于特斯拉“Tesla Bot”、北京人形機器人創新中心“天工”等人形機器人。

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

核心產品與特點：

(1)3DM-GX5-AHRS：戰術級慣導、計算姿態和導航解決方案，可實現卓越的動態姿態推測。

(2)優勢：低噪聲、高精度、小型化、輕量化。

(3)市場應用情況：為焊接機器人等工業機器人、外動力骨骼機器人等提供產品方案，并推出了自研Dusty工業機器人。

TDK InvenSense（運動跟蹤器件的領導者）：專注于為消費電子、汽車、工業和物聯網市場提供運動、音頻和壓力傳感解決方案。

核心產品與特點：

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

(2)特點：高數據分辨率、低噪聲、低功耗、易喚醒

(3)市場應用情況：著力打造了應用于工業機器人和服務機器人的產品方案，賦能高通機器人。

2.中國新勢力廠商

導遠科技（全球車規級高精度定位領導者）： 具備芯片、模組、系統的設計及量產的全棧能力，憑借車規級IMU優勢進入機器人市場，在全球汽車輔助駕駛高精度定位市場市占率第一。

核心產品與優勢：

(1)IMU5146/IMU45A5：車規級，高量程，姿態測量精度可達0.05°，搭載多模態算法，兼容EtherCAT、RS232、RS485等多類協議。

(2)優勢：車規級、高精度、高頻采樣、高可靠性、超小體積、精準時間同步。

(3)市場應用情況：已經與數十家行業領先的機器人公司合作，賦能輪式、雙足人形和四足機器狗等多種具身智能機器人。

華依科技（汽車動力總成測試領先者）：具備豐富的工程及量產經驗，依托車載傳感器技術能力，開發高精度、高穩定性的慣導系統。

核心產品與優勢：

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

(2)優勢：高頻采樣、超大動態范圍感知、高性價比、高穩定性。

(3)市場應用情況：目前已經在包括智元等部分機器人公司進行小批量供貨，同時與多家機器人公司進行送樣工作。

05.

高可靠IMU成為人形機器人量產關鍵

人形機器人的商業化落地，本質上是控制精度的競賽。IMU不再只是“姿態傳感器”，而是決定整機穩定性、安全性與可靠性的核心基礎部件。

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

參考資料：

1、國務院新聞辦網站.國務院新聞辦發布會介紹2025年工業和信息化發展成效》

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

2、工業和信息化部.工業和信息化部關于印發《人形機器人創新發展指導意見》的通知

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

3、科創板日報.中國傳感器與物聯網產業聯盟：人形機器人傳感器市場規模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：加速人形機器人訓練

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

6、Xsens官網.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、【應用】Xsens動捕技術在特斯拉人形機器人中的應用

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

8、【新聞】人形機器人“天工”亮相，Xsens動捕助其姿態訓練

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

9、遇見Dusty：派克團隊如何讓自動化變成現實

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

10、TDK / Qualcomm Robotics Collaboration

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

11、連續兩年亮相瑞士機器人展，導遠科技傳感產品賦能全球機器人創新

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

12、導遠科技官網.IMU5146NAB

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

13、華依科技 華依智造攻克難關推出國產高精度ARU8010人形機器人專用姿態傳感器

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

14、與智元機器人達成供貨協議？華依科技回應

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