行走測(cè)試是特斯拉人形機(jī)器人2024年小批量產(chǎn)前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，預(yù)計(jì)主要考察機(jī)器人的直立平衡動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)、場(chǎng)景感知決策能力，下肢線性關(guān)節(jié)預(yù)計(jì)是關(guān)鍵測(cè)試對(duì)象。

如今11月已過(guò)半，留給特斯拉的時(shí)間不多了。

人形機(jī)器人獨(dú)立行走最關(guān)鍵零部件

人形機(jī)器人直立行走，離不開(kāi)傳感器。包括力矩傳感器，拉壓力傳感器、編碼器、溫度傳感器、六力傳感器和慣導(dǎo)傳感器等。其中，IMU（慣導(dǎo)傳感器）是實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人姿態(tài)控制的核心。

根據(jù)相關(guān)資料顯示，IMU相比減速器、滾珠絲杠、力矩電機(jī)等，技術(shù)難度要大得多，是目前唯一未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代的人形機(jī)器人核心部件。

那么，什么是IMU？

IMU全稱Inertial Measurement Unit，慣性測(cè)量單元，是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置，大多用在需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的設(shè)備，如汽車(chē)和機(jī)器人。MEMS IMU=MEMS陀螺儀+MEMS加速計(jì)。

IMU難點(diǎn)主要在解決誤差和提高精度。MEMS IMU的誤差一是來(lái)源于慣性傳感器自身的誤差，二是IMU在集成過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。而上述兩種誤差又可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。其中系統(tǒng)誤差主要有零偏誤差、非正交誤差、非線性誤差、溫度誤差等、除去解決每種系統(tǒng)誤差的方法外，隨機(jī)誤差也可以過(guò)后期算法校準(zhǔn)，通常采用Allan方差法，這也是壁壘之一。

IMU是人形機(jī)器人保持平衡及運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵傳感器。慣性傳感器采集的角速度與加速度等慣性信息可以用于推算人形機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置與運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)可以與機(jī)器人搭載的多傳感器融合，在數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)頻率間實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。

換句話說(shuō)，IMU在機(jī)器人上可以與攝像頭、力傳感器等多傳感器數(shù)據(jù)融合，以達(dá)到維持身體平衡，預(yù)測(cè)速度和軌跡并進(jìn)行定位導(dǎo)航等功能，在四足機(jī)器人、人形機(jī)器人上均有望標(biāo)配。

根據(jù)UCLA的論文，Artermis機(jī)器人在骨盆位置放置了一顆3DM的戰(zhàn)術(shù)級(jí)IMU，并在頭部攝像頭，足部亦有集成平價(jià)的替代品。

卡位人形機(jī)器人，壁壘高，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大

根據(jù)精度要求，IMU可分為消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)、戰(zhàn)術(shù)級(jí)，根據(jù)原理的不同也可分為MEMS IMU，光纖IMU，人形機(jī)器人一般采用千元以上的高性能MEMS IMU。

自動(dòng)駕駛達(dá)到L3級(jí)以及以上，所需要IMU精度需要達(dá)到1°/h以內(nèi)，目前較高精度的MEMS IMU芯片全部依賴于海外進(jìn)口。人形機(jī)器人達(dá)到特斯拉Optimus的精度，需要通過(guò)增加高精度MEMS IMU數(shù)量來(lái)達(dá)到身體穩(wěn)定、姿態(tài)控制以及頭不穩(wěn)定補(bǔ)償?shù)男Ч?，因此高性能MEMS IMU芯片國(guó)產(chǎn)自主可控的機(jī)遇需要提前布局。

我國(guó)MEMS IMU市場(chǎng)集中度較高，博世、ST和TDK、Analog、霍尼韋爾占據(jù) 93%左右的市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)MEMS IMU廠商市場(chǎng)份額幾乎可忽略。

目前，國(guó)內(nèi)MEMS IMU/慣性傳感器主要有三類(lèi)玩家：高性能MEMS芯片自主可控的半導(dǎo)體公司，如芯動(dòng)聯(lián)科、美泰科技、明鎬傳感等，較為稀缺；本土消費(fèi)級(jí)MEMS龍頭，如士蘭微、賽微電子等，主要面向消費(fèi)電子領(lǐng)域，其中賽微電子為MEMS代工企業(yè)；Tier 1系統(tǒng)集成商，如華依科技、星網(wǎng)宇達(dá)等，主要布局的是模塊/系統(tǒng)集成的IMU-慣導(dǎo)系統(tǒng)環(huán)節(jié)，傳感器芯片為外采。

高精度的MEMS IMU未來(lái)有望受益人形機(jī)器人與自動(dòng)駕駛需求爆發(fā)，且上游國(guó)產(chǎn)替代、民用規(guī)?；蠼当究臻g大。

結(jié)語(yǔ)

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?？欤?/span>優(yōu)必選、傅立葉、智元、小米、宇數(shù)科技等一系列企業(yè)都在進(jìn)行研究，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。

工信部印發(fā)的《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》，其中提到要在2025年形成人形機(jī)器人創(chuàng)新體系，初步建立要在“大腦”“小腦”“肢體”等一批關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中取得突破，確保人形機(jī)器人的核心部件能夠有效供給，整機(jī)水平達(dá)到世界先進(jìn)水平，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。同時(shí)，該指導(dǎo)意見(jiàn)也把人形機(jī)器人提高到和智能手機(jī)、新能源車(chē)、計(jì)算機(jī)同等地位的第四類(lèi)重要產(chǎn)品。

在這個(gè)人形機(jī)器人元年，可以期待，中國(guó)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)能夠憑借現(xiàn)在的這波熱情和繁榮，帶給我們意想不到的驚喜。