磁强计是一个测量地球磁场并提供的传感器

什么是IMU

惯性测量单元（Unit，简称IMU）是测量物体三轴姿态角和加速度的设备。 一般IMU包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，有些IMU还包括三轴磁力计。 IMU已广泛应用于从手机、VR到航空航天等领域。

IMU通常包含陀螺仪（）、加速度计（），有的还包含磁力计（）和气压计。 加速度计是一种测量特定力（体重使力标准化）的传感器。 它在其局部框架内提供 x、y 和 z 轴上的加速度。 陀螺仪是一种测量其本地坐标系内绕 x、y 和 z 轴角速度的传感器。 一般来说，对测量结果进行积分即可得出角度本身。 磁力计是一种测量地球磁场并提供航向的传感器（指南针就是这样一种设备）。 如果它包含在IMU中，我们通常将其描述为“9轴IMU”。 气压计是一种测量气压并可以提供高度的传感器。

IMU基本原理

MEMS加速度计是MEMS领域研究最早的传感器之一。 其工作原理依赖于MEMS中可移动部分的惯性。 由于中间电容板的质量很大，并且是悬臂结构，当速度变化或加速度达到足够大的水平时，它所受到的惯性力超过了固定或支撑它的力。 这时候它就会动，而且会跟着上下。 电容极板之间的距离会发生变化，上下电容也会随之变化。 电容的变化与加速度成正比。

IMU分类

根据不同的使用场景，对IMU的精度有不同的要求。 高精度也意味着高成本：普通消费电子产品中使用的IMU都是低精度且非常便宜的IMU。 这种IMU常用于手机和运动手表中。 常用于记录所走的步数。 自动驾驶中使用的IMU价格从几百元到几万元不等，具体取决于自动驾驶车辆的定位精度要求。 精度更高的 IMU 将用于导弹或航天飞机。 以导弹为例。 从导弹发射到击中目标，航天级IMU可以实现极其高精度的计算，误差甚至可以在一米以内。

IMU测量误差

由于制造工艺的原因，惯性传感器测量的数据通常存在一定的误差。 第一类误差是偏移误差，即陀螺仪和加速度计即使在不旋转或加速时也具有非零数据输出。 为了获得位移数据，我们需要对加速度计输出进行两次积分。 经过两次积分后，即使很小的失调误差也会被放大。 随着时间的推移，位移误差会不断累积，最终导致我们不再能够跟踪物体的位置。 第二种类型的误差是比例误差，即测量输出与感测输入变化之间的比率。 与偏移误差类似，经过两次积分后，由其引起的位移误差将随着时间的推移不断累积。 第三种错误是背景白噪声。 如果不纠正，也会导致我们无法再追踪物体的位置。

2、MEMS IMU在自动驾驶领域即将放量

自动驾驶中的传感器

随着科学技术的不断发展，自动驾驶技术日趋成熟。 为了实现自动驾驶汽车的各种复杂功能，准确可靠的位置信息变得不可或缺，高精度MEMS IMU的作用也日益凸显：拥挤的城市峡谷环境给自动驾驶汽车的传感器阵列带来了巨大的挑战。 。 当自动驾驶汽车在失去 GPS/GNSS 信号的情况下尝试左转时，IMU 技术开始发挥重要作用。 感知传感器作为自动驾驶主动决策的主要信息来源，可以感知车辆周围的世界。 导航系统由 GNSS/GPS 接收器和 INS（惯性导航系统）组成，其中包括惯性运动传感器以及来自里程计和转向传感器的输入。 基于 MEMS 的惯性传感器（例如陀螺仪和加速度计）长期以来一直用作车辆中的分立元件，用于碰撞检测、安全气囊展开和电子稳定性控制。

自动驾驶中的惯性导航

从结构上看，IMU主导的惯性导航分为平台式和捷联式。 根据市场发展趋势，惯性测量传感器不断向轻量化方向发展，捷联式逐渐成为主流。 平台式惯性导航系统采用物理平台来模拟导航坐标系。 加速度计安装在由陀螺仪控制的稳定平台上。 输出信息供导航计算机计算飞行器的位置、速度等导航信息以及陀螺仪的扭矩信息。 陀螺仪在力矩信息作用下，通过平台稳定回路控制平台跟踪惯性空间中导航坐标系的角速度。 飞行器的姿态和方向信息直接从平台的框架轴测量。 捷联惯导采用数学算法确定导航坐标系，即将加速度计和陀螺仪直接安装在载体上。 获得信息量后，通过数学平台确定载体的速度、位置、姿态等航向信息。

IMU在自动驾驶中的优势

与其他导航系统相比，以IMU为主导的惯性导航系统具有信息全面、完全自主、隐蔽程度高、信息实时连续、不受时间、地域限制和人为因素等重要特点。 它在城市峡谷或森林道路中非常有用。 ，IMU 不受多径效应或信号衰减的影响。 在自动驾驶系统中，IMU 数据与 GNSS、视觉以及其他检测和测距系统融合，以填补 GNSS 更新之间的空白，并在 GNSS 和/或其他传感器受到影响时实现安全的短期导航。 IMU 数据始终可用，是任何自动驾驶车辆系统不可或缺的一部分，可用于在充满挑战的环境中保持车辆安全运行。

自动驾驶中的GNSS+RTK+IMU组合导航

当乘用车达到L3级及以上自动驾驶水平时，车辆必然会配备能够精确定位的设备。 目前，乘用车的定位精度普遍无法满足自动驾驶的要求。 乘用车高精度定位应用属于从0到1的环节，随着自动驾驶水平的演进，其重要性将越来越重要。 目前业界自动驾驶汽车的工作模块主要分为感知层、决策层和控制层三类。 感知层依靠卫星定位、惯性定位、环境感知等定位技术来感知外界和自身车辆的状态，这是自动驾驶的前提。

3.MEMS IMU卡位人形机器人

IMU在早期四足机器人导航中的应用

四足机器人是一种能够自主行走、对恶劣复杂地形有较强适应能力的足式机器人。 它们已成为当今移动机器人研究的热门话题。 四足机器人应用广泛。 在特殊领域，四足机器人可以进入人类无法进入的危险区域； 在护卫领域，四足机器人可以实现人际交流； 在军事领域，四足机器人可以实现较高的运动性能。 战斗移动平台。 作为自主导航机器人，机器必须实时知道自己的位置。 IMU是测量物体三轴姿态角（或角速率）和加速度的设备，在机器人导航中有着非常重要的应用。 四足机器人从IMU、激光雷达等传感器获取信息，利用相关算法实现实时定位和地图构建。

IMU在仿人机器人导航中的应用

早期的机器人通常将 IMU 放置在躯干上。 随着惯性导航系统在人形机器人中的应用逐渐成熟，IMU也将被放置在头部，并与立体视觉相机结合进行定位和导航。

顶级机器人应用IMU

ICM-42688-P是TDK针对机器人运动跟踪应用推出的高性能6轴IMU。 TDK 的惯性传感器系列由加速度传感器和陀螺仪传感器复合而成的 IMU 组成。 其机器人IMU在日本机器人行业非常有名。 这款6轴MEMS运动传感器在性能方面绝对是行业领先的。 其随时间和温度变化的噪声、灵敏度和偏置稳定性均属业界最高。 其随时间和温度变化的噪声、灵敏度和偏置稳定性均属业界最高。 其中，陀螺仪最关键的灵敏度误差依然是±0.5%，是绝对领先的数值。 在零速率偏移时，可以实现±0.5dps的车辆水平。 在机器人应用中绝对重要的噪声密度是 0./√Hz。 低密度噪声使得机器人更容易获得自身的位置信息。 该加速度计的灵敏度误差为±0.5%，车辆层面的零加速度偏移为±40mg。 噪声密度为75dps/√Hz。 IMU 具有 TDK 的独特功能，可进一步提高应用性能，例如与 RTC 同步的样本、20 位 ADC 和 32kHz ODR。 该系列还有一个更直接的优势，功耗低。 低噪声模式下A+G为880μA； 低功耗模式下的A小于50μA。 对于移动机器人等中小型机器人来说，低功耗器件往往是制造商的首选。

IMU在仿人机器人中的应用

IMU可以测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并据此计算物体的姿态。 它是机器人平衡和稳定行走的关键传感器。 以IMU为主导的惯性系统可以实现仿人机器人的惯性导航、惯性测量和惯性稳定控制等多种功能。 其中，惯性导航应用最为广泛。

仿人机器人IMU解决方案

MEMS惯性传感器是指采用MEMS技术制备的惯性传感器。 与传统工艺制造的惯性传感器相比，MEMS器件具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适合大规模生产、易于集成等优点。 和智能化特点，广泛应用于航空航天、石油化工、汽车、船舶、消费电子、医疗等领域。 高性能MEMS惯性传感器，包括MEMS陀螺仪、MEMS加速度计和MEMS惯性测量单元（IMU），均包含微机械（MEMS）芯片和专用控制电路（ASIC）芯片，通过惯性技术实现物体的感知运动姿势和运动轨迹。

4、MEMS IMU市场拥有广阔的市场空间

自动驾驶领域的市场现状

目前，我国量产乘用车自动驾驶水平正在从L2向L3过渡。 未来市场发展空间广阔。 自动驾驶新架构下，汽车智能化渗透率不断提升。 传统汽车产业面临变革转型，行业迎来新的发展机遇。 据中汽协预测，2025年我国汽车销量或将达到3000万辆。我们预计2025年我国3级及以上（含L3）自动驾驶渗透率保守估计为10 %，乐观估计为 20%。

仿人机器人领域的市场现状

在中国市场，仿人机器人市场规模虽小，但增长速度非常快。 衡州诚思报告显示，2019年中国仿人机器人市场规模约为9.6亿美元，预计到2025年将达到30亿美元，折合人民币200亿元，复合年增长率为19.7%。 根据高工产研2023年5月发布的报告，预计到2030年全球市场规模将超过200亿美元。根据数值计算，中国服务机器人市场约占全球市场的25%，中国仿人机器人2030年市场规模将达到50亿美元，折合人民币350亿元。 全球仿人机器人市场正处于快速发展阶段，未来市场增长潜力巨大。 中国市场虽然规模相对较小，但增长速度非常快，预计未来将成为全球仿人机器人市场的主要增长动力之一。

IMU市场空间测算

我们预计人形机器人的IMU应用将在2025年成熟。每个机器人将需要4个IMU来提高机器人的精度，以达到身体姿势控制、头部稳定补偿和身体稳定的效果，而不仅仅是当前简单的运动初期。 保守估计，2025年L3级及以上自动驾驶渗透率为10%，仿人机器人出货量为50万台； 乐观估计，2025年L3级及以上自动驾驶渗透率将达到20%，仿人机器人出货量将达到100万台。 塔。 IMU的初始价格比较高。 随着未来竞争对手的增多，我们预计未来单价价值将下降至300元。 预测中价格按照单价分别计算，500元、300元。

IMU产业链

IMU中的MEMS陀螺仪根据偏置稳定性指标分为消费级（>15°/h）、战术级（0.15-15°/h）、导航级（0.01-0.15°/h）、战略级（报告摘录：

（本文仅供参考，不代表我方任何投资建议，如需使用相关信息，请以报告原文为准。）