電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）2026年春晚，宇樹科技、魔法原子等企業(yè)的人形機器人在舞臺上完成了大幅跳躍、后空翻、太極拳等高難度動作，標志著人形機器人產(chǎn)業(yè)從“能動”邁向“善動”的關鍵拐點。這一突破的背后，是以慣性測量單元（IMU）為代表的高性能傳感器與先進控制算法的深度協(xié)同。

本次報告將解析IMU的技術原理，探討其在人形機器人動態(tài)平衡中的核心作用，并梳理全球及中國IMU產(chǎn)業(yè)鏈的標桿企業(yè)與競爭格局。

市場規(guī)模超35億美元，IMU已成為黃金賽道

2026年春節(jié)聯(lián)歡晚會上，人形機器人不再是簡單的機械臂舞動，而是展現(xiàn)出了令人驚嘆的運動性能，例如宇樹科技的人形機器人實現(xiàn)了高動態(tài)的跳躍與落地姿態(tài)控制。就在 2026 年蘇超開幕式上，魔法原子（MagicAtoms）機器人調度約200 臺四足機器狗與 90 臺人形機器人近 300 臺異構機器人完成表演，其中人形機器人方陣展示了沖拳、空翻等高動態(tài)、高精度動作。

可以看到，隨著運動控制技術、感知技術以及控制算法的迭代，人形機器人逐漸像人類一樣能夠“唱歌跳舞打拳”。其中離不開三大環(huán)節(jié)的深度協(xié)同：多傳感器感知系統(tǒng)、控制算法、執(zhí)行硬件。在人形機器人中，IMU是重要傳感元器件，而多傳感器感知系統(tǒng)正是依賴IMU實時感知自身姿態(tài)，足底力矩傳感器測量地面反作用力。

IMU屬于MEMS傳感器的一種。MEMS傳感器是采用微電子和微機械技術工藝制造出來的微型傳感器，種類繁多，是使用最廣泛的MEMS產(chǎn)品。我們在前文也有介紹過。

MEMS傳感器通過微傳感元件和傳輸單元，可將輸入的信號轉換，并導出另一種可監(jiān)測信號。與傳統(tǒng)工藝制造的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化等特點。
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圖源：芯聯(lián)集成

在MEMS傳感器的龐大體系中，MEMS慣性傳感器是重要分支，主要包括陀螺儀、加速度計、磁力計等，并可通過組合形成慣性組合傳感器IMU。

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Yole Intelligence的數(shù)據(jù)顯示，2021年MEMS行業(yè)產(chǎn)品結構數(shù)據(jù)顯示，加速度計、陀螺儀、磁力計、慣性傳感組合在內的四類產(chǎn)品市場規(guī)模合計35.09億美元，占比25.81%，是MEMS行業(yè)中的主要產(chǎn)品類型。因此，從市場規(guī)模來看，IMU占據(jù)著重要的市場規(guī)模，是MEMS的黃金賽道。


IMU核心硬件組成

IMU（Inertial Measurement Unit）即慣性測量單元，是測量物體三軸姿態(tài)角（或角速率）及加速度的裝置。優(yōu)勢是不受光線、磁場干擾等外部環(huán)境影響，能夠獨立感知自身運動狀態(tài)。

IMU根據(jù)集成度不同，可以分為六軸IMU、九軸IMU，六軸IMU由三軸加速度計和三軸陀螺儀組成；九軸IMU由三軸加速度計+三軸陀螺儀+三軸磁力計組成。

加速度、陀螺儀、磁力計分別負責不同的任務，例如三軸加速度計負責測量X/Y/Z三軸的線加速度。用于檢測直線運動，例如機器人起跳時的向上加速度或行走時的位移變化。三軸陀螺儀負責測量X/Y/Z三軸的角速度。用于檢測旋轉運動，例如機器人轉身、跳躍時的翻滾角速度變化。三軸磁力計負責測量地磁場方向，用于校準航向角，修正陀螺儀的累積漂移，實現(xiàn)長時穩(wěn)定的姿態(tài)解算。

通過算法融合三軸加速度計、三軸陀螺儀獲取到的數(shù)據(jù)，解算機器人的三維姿態(tài)（俯仰角 Pitch、橫滾角 Roll、偏航角 Yaw）、運動速度與位移軌跡，再輸出穩(wěn)定姿態(tài)結果，為控制系統(tǒng)提供毫秒級反饋。

在人形機器人中，IMU可以實現(xiàn)多點位的姿態(tài)監(jiān)控，其性能與多個指標相關，包括自由度（DoF）、量程、分辨率、噪聲、輸出數(shù)據(jù)速率（ODR）、比例因子誤差、功耗、靈敏度溫漂、零偏與零偏溫漂、軸間耦合、非線性度、偏置不穩(wěn)定性與偏置重復性等。

IMU的自由度（DoF）包括6 自由度（6-DoF）和 9 自由度（9-DoF），9-DoF IMU相比6-DoF增加了三軸磁力計，能夠測量磁場強度，主要用于獲取航向信息。

量程是IMU能準確測量的物理量的最大范圍。由于IMU內部集成了加速度計、三軸陀螺儀兩種核心傳感器，因此量程也分為兩種。

加速度計量程指的是加速度計能測量的最大線性加速度，常見為±2g, ±4g, ±8g, ±16g, ±32g等。如果一個量程為 ±4g 的加速度計，假設機器人受到的沖擊或運動加速度達到了5g，就會導致無法提供真實值。根據(jù)公開數(shù)據(jù)，在工業(yè)機械振動監(jiān)測中，需要面臨±50g 甚至更高加速度的沖擊，但用于可穿戴設備監(jiān)測人體日?；顒樱?g~±8g的量程既能覆蓋所有日常及運動場景。例如美泰傳感器在近期推出的MSI328D IMU的量程為±250、±4g，可面向汽車氣囊ECU模塊，為智能駕駛系統(tǒng)提供高精度慣性信號輸入，還能用于機器人及無人機、測繪等領域。

陀螺儀量程指的是陀螺儀能測量的最大角速度，也就是旋轉的快慢，常見為±500°/s, ±1000°/s, ±2000°/s, ±4000°/s 等。例如在AR/VR 設備中，人類頭部快速轉動時的角速度峰值通常在±500°/s~±1000°/s之間，量程為±1000°/s - ±2000°/s 的陀螺儀就能精準捕捉用戶頭部轉動。就在近期， Bosch Sensortec 推出的新一代慣性測量單元BMI423，具備±4000dps的擴展量程，可精準追蹤快速動態(tài)運動。

在機器人的應用中，參考2026年春晚宇樹人形機器人在起跳落地瞬間、后空翻或快速奔跑急停時，身體會承受巨大的重力加速度（可能超過10g）。如果IMU量程不夠，數(shù)據(jù)飽和會導致控制系統(tǒng)瞬間“致盲”，機器人摔倒。

IMU的零偏（Bias）和零偏溫漂（Bias Temperature Drift）影響的是機器人的姿態(tài)感知準確性。零偏是傳感器的“固有誤差”，指的是IMU在理想靜止狀態(tài)下，其輸出值不為零（對于陀螺儀）或不等于重力加速度（對于加速度計）的情況。而零偏溫漂指的是IMU的零偏值會隨著環(huán)境或自身溫度的變化而發(fā)生漂移。

高頻響應與低延遲將影響機器人反應快慢。在人形機器人中，控制系統(tǒng)以極高的頻率刷新姿態(tài)數(shù)據(jù)。IMU的高頻數(shù)據(jù)能讓控制器在機器人即將摔倒時調整關節(jié)力矩。又例如在行走過程中，IMU的高頻加速度數(shù)據(jù)能輔助判斷腳掌是否接觸地面，這對于適應碎石路、樓梯等復雜地形至關重要。

人形機器人的IMU配置

人形機器人是一個多自由度、高耦合、重心持續(xù)變化的復雜動力系統(tǒng)，其控制難度遠超輪式或四足機器人，核心挑戰(zhàn)在于如何在動態(tài)環(huán)境中實現(xiàn)“類人”的靈活性與穩(wěn)定性。

在人形機器人的肢體末端應用中，靈巧手與腿部對IMU的技術需求存在顯著差異。靈巧手的核心挑戰(zhàn)在于如何在極度受限的微型空間內，實現(xiàn)高精度的運動感知與實時控制；而腿部的技術瓶頸則聚焦于動態(tài)平衡控制，以及在復雜、高沖擊運動工況下的穩(wěn)定可靠感知。

目前來看，人形機器人還存在不少控制難點，例如高頻閉環(huán)控制能力。人形機器人通常具備超過20個自由度，每個關節(jié)的電機、減速器、編碼器需協(xié)同工作，形成“傳感-狀態(tài)估計-執(zhí)行控制”的高頻閉環(huán)。任何環(huán)節(jié)的延遲或噪聲干擾，都會在奔跑、跳躍等高動態(tài)運動中被指數(shù)級放大，導致關節(jié)力矩震蕩、步態(tài)失穩(wěn)，甚至引發(fā)機械結構損傷。這種對實時性的極致要求，使得人形機器人的控制系統(tǒng)復雜度遠超工業(yè)機械臂等固定基座機器人。

此外，隨著應用場景的拓展，人形機器人也需要面臨更復雜的環(huán)境，例如眾擎機器人與多倫科技共同發(fā)布“智慧交管機器人解決方案”，這些機器人交警已經(jīng)陸續(xù)在交通環(huán)境中上崗。在戶外場景，機器人在步行時足部會踩到碎石，或走在不平的道路上，IMU配合其他傳感器在捕捉角速度等變化時需要傳輸給控制系統(tǒng)，并讓機器人調整步態(tài)、關節(jié)力矩等。

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圖：眾擎機器人發(fā)布的機器人交警

在人形機器人中，IMU配置呈現(xiàn)“少而精”的現(xiàn)象，通常約配備1到4個，價值占比約2%，搭載在頭部、足部、胯部等位置，承擔著運動穩(wěn)定性的核心作用。
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數(shù)據(jù)顯示，特斯拉Optimus Gen2搭載2個IMU，通過高頻姿態(tài)數(shù)據(jù)反饋實現(xiàn)精準平衡控制，配合FSD算法完成車間環(huán)境下的自主行走與記憶導航；優(yōu)必選Walker S2、波士頓動力Atlas、開普勒K2、宇樹H1及Agility Digit則各配置1個IMU，專注于基礎姿態(tài)控制與動態(tài)平衡調節(jié)。

波士頓動力Atlas之所以能流暢完成跑酷、后空翻等高難度動態(tài)動作，也正是依賴搭載的IMU與六維力傳感器構建了高效的協(xié)同機制，實現(xiàn)快速的姿態(tài)實時修正，為機器人在劇烈運動中的毫秒級平衡調整提供了關鍵支撐。

具體來看，IMU在人形機器人的“感知-決策-執(zhí)行”閉環(huán)中有著不可替代的作用，體現(xiàn)在以下三個方面：

一是姿態(tài)感知與平衡控制。人形機器人采用雙足支撐的結構，行走時、搬運重物，或者彎腰時，整體重心會出現(xiàn)變化，零力矩點（ZMP）也會出現(xiàn)偏離。因此IMU需要以高頻率實時測量機器人軀干的三軸角速度和線加速度，通過傳感器融合算法計算機器人在三維空間中的姿態(tài)數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)基于IMU監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，驅動關節(jié)電機進行毫秒級的力矩補償，迅速調整重心，避免傾倒。

二是運動狀態(tài)反饋與步態(tài)規(guī)劃。IMU會檢測機器人的起步、奔跑等不同狀態(tài)的動態(tài)特征，為步態(tài)規(guī)劃算法提供實時反饋。例如，當機器人從行走切換到跑步時，IMU檢測變化，會觸發(fā)步態(tài)參數(shù)的平滑過渡，避免出現(xiàn)突兀的頓挫感。這也正是人形機器人能夠在春晚舞臺上完成太極拳、跳舞等復雜連貫動作的技術基礎。

三是融合定位與導航。在復雜的室內或無GPS環(huán)境中，IMU通過航位推算技術，估算機器人的位移和航向變化。航位推算是一種不依賴外部信號、依靠自身運動增量來推算當前位置的導航技術。此外，IMU能夠在攝像頭、激光雷達等傳感器失效時，短時間內保持定位的功能，提升環(huán)境適應性。


主流廠商的代表產(chǎn)品
在人形機器人的應用中，IMU傳感器需要實現(xiàn)在有限空間內實現(xiàn)高精度測量，同時保證長期穩(wěn)定性和抗干擾能力，國際、國內企業(yè)都相繼推出了相應產(chǎn)品。

ADI
ADI公司推出了10 自由度 IMU ADIS16448 ，內置了三軸數(shù)字陀螺儀（支持 ±250°/sec、±500°/sec、±1000°/sec 三檔調節(jié)，軸間對準精度 < 0.05°）、三軸數(shù)字加速度計（±18 g）、三軸數(shù)字磁力計（±1.9 高斯）以及數(shù)字氣壓計（測量范圍 10 mbar 至 1200 mbar，其中 300 mbar 至 1100 mbar 為校準范圍）。

ADI還推出了高性能 MEMS IMU ADIS16607，它具備極高的抗沖擊和振動耐受能力，可在廣泛的溫度范圍內運行，適合用于需要快速響應和高精度導航的高級人形機器人。此外，ADI還在開發(fā)新一代IMU ADIS16607，具備“超低噪聲”與“卓越穩(wěn)定性”的特點，ADI為其增強帶寬，減少動態(tài)延遲，支持 ROS。

TDK
TDK公司推出的ICM-42688-P 是一款高性能的6軸 MEMS 慣性測量單元（IMU），在人形機器人和移動機器人領域具有顯著的應用優(yōu)勢。這款傳感器通過降低噪聲、提高分辨率和溫度穩(wěn)定性

根據(jù)介紹，ICM-42688-P采用了先進的 MotionTracking? 技術，封裝尺寸僅為2.5mm x 3mm x 0.9mm，在極小的封裝內集成了3軸陀螺儀和3軸加速度計。陀螺儀分辨率高達 19位，加速度計分辨率為 18位。這使得傳感器能夠精確感知慢速運動和微小的振動。

噪聲系數(shù)降低 40%，能顯著增強傳感器的響應能力，捕捉更細微的運動。溫度穩(wěn)定性提高了 2倍，陀螺儀溫漂（Gyro TC）降低 50%（<5 mdps）。這意味著機器人在從冷啟動到正常工作溫度變化的過程中，姿態(tài)數(shù)據(jù)的漂移極小，無需頻繁校準。

ST
ST推出的 LSM6DSV16X 系列 IMU內嵌低功耗傳感器融合算法 (SFLP)，這種將傳感器融合算法直接集成在芯片內部的技術，極大地優(yōu)化了機器人的姿態(tài)檢測與運動控制。分辨率分別為陀螺儀 19-bit，加速度計 18-bit。陀螺儀量程可達 ±4000 dps，2.5mm x 3mm x 0.83mm 尺寸

根據(jù)介紹，LSM6DSV16X 系列無需依賴外部主控 MCU 進行復雜的姿態(tài)解算，直接在芯片端輸出重力矢量、四元素（可轉換為歐拉角）和陀螺儀零偏。在 30Hz 輸出速率下，SFLP 模式功耗僅為 7μA；在 15Hz 下低至 3.5μA。

該產(chǎn)品具備高精度與穩(wěn)定性的特點，靜止狀態(tài)下，偏航角（Yaw）精度可達 0.5°/5分鐘。芯片具備動態(tài)自動校準機制，能夠自動消除陀螺儀零偏

Bosch Sensortec
Bosch Sensortec）推出的 BMI563 是其全新 BMI5 平臺中的一款IMU，核心優(yōu)勢在于加入AI算法，具備極致的量程擴展和抗干擾能力。

陀螺儀全量程范圍（FSR）提升至 ±4000°/s，加速度計全量程范圍提升至 ±32g。相比上一代產(chǎn)品，量程翻了一倍，這意味著它能捕捉到更劇烈的運動而不發(fā)生數(shù)據(jù)飽和。

BMI563 內置可編程邊緣 AI 引擎，它可以在極低功耗下直接在傳感器端分析運動模式，無需頻繁喚醒主處理器。這不僅降低了主控芯片的負載和系統(tǒng)整體功耗，還實現(xiàn)了極低的延遲響應，讓機器人的動作更加實時、流暢。

Bosch Sensortec在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時提到，把算力放在端側有三個好處，一是延時低。二是低功耗，如果端側傳感器本身做很多本地感知，不用每次采樣都喚醒中央處理器，功耗會大大降低。三是隱私問題，如果沒有本地處理，就要把環(huán)境傳感器、聲音等原始數(shù)據(jù)上傳到云端，如果算力部署到端點，安全性就能得到很好地保障。

除此之外，BMI563 具備超低噪聲與低漂移的特點，加速度計噪聲密度低于 50 μg/√Hz，陀螺儀噪聲密度低于 3 mdps/√Hz。具備從 0 到 40 kHz 甚至 MHz 級別的抗振動魯棒性
芯動聯(lián)科：其六軸 IMU 芯片達到導航級精度，性能對標國際大廠，已成功應用于國產(chǎn)人形機器人的導航與姿態(tài)控制場景；

美泰傳感器
美泰傳感器自主研發(fā)的MSI328D是一款面向車規(guī)級應用并拓展至機器人領域的高性能傳感器，主打小體積、高性價比以及優(yōu)異的抗振性能。尺寸僅為 19.8 × 11.8 × 10.4 mm，重量 ≤ 10g，該產(chǎn)品已實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)。

據(jù)介紹，該產(chǎn)品采用了自研減振結構，能有效抑制高頻振動干擾。MSI328D通過雙慣性傳感器集成設計，滿足功能安全ASIL B級要求。這在工業(yè)和移動機器人中非常重要，確保了在顛簸或震動環(huán)境下數(shù)據(jù)依然穩(wěn)定可靠。

MSI328D內置了全溫補償、安裝失準角及非線性補償算法。結合專用算法軟件，它能在靜態(tài)和動態(tài)工況下都保持優(yōu)異性能，解決了溫度變化導致數(shù)據(jù)漂移的痛點。MSI328D具備優(yōu)異的偏置穩(wěn)定性和低噪聲特性（陀螺零偏穩(wěn)定性 ≤6 °/h，加速度計零偏穩(wěn)定性 ≤0.1 mg）。

矽?？萍迹?/strong>
矽?？萍冀榻B，截至2025年年底，公司實現(xiàn)了IMU芯片在消費類等智能應用領域累計超一億顆的出貨量。此前，矽?？萍纪瞥隽薗MI8610 6 軸 MEMS 傳感器，專為機器人復雜的運動控制和導航需求設計。

QMI8610內置數(shù)字信號處理器 (DSP)，支持基于擴展卡爾曼濾波理論的算法（XKF3），能夠融合 3D 慣性傳感器數(shù)據(jù)（定位和速度增量）和 3D 磁力計數(shù)據(jù)（需外接或組合）來進行定向角度計算。

QMI8610能與其他傳感器優(yōu)勢互補，通過采集陀螺儀偏差信號（角速率）和地面定位塊信號，實現(xiàn)精準的自主定位、建圖與路徑規(guī)劃。

矽?？萍疾粩啻蚰MU的定位精度，不僅針對長時間運行易產(chǎn)生的漂移痛點，在算法中引入了誤差自適應調度機制進行有效抑制，更融合了先進的AI算法實現(xiàn)實時動態(tài)校準，從而大幅提升了系統(tǒng)的整體定位精度。

士蘭微
士蘭微目前量產(chǎn)的產(chǎn)品主要是六軸IMU，可獲取關節(jié)的位置、速度、加速度和角度等信息。六軸IMU由三個軸向的陀螺儀和三個軸向的加速度計組成，可測量物體在三維空間的角速度和加速度，幫助跟蹤機器人姿勢和運動狀態(tài)；提供實時運動數(shù)據(jù)并分析，實現(xiàn)機器人運動軌跡、速度精確控制；檢測機器人偏移與傾斜，進行實時姿態(tài)穩(wěn)定和調整。

士蘭微在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時指出，其當前量產(chǎn)的六軸IMU主要從慣性感知和運動狀態(tài)反饋角度滿足不同部位的需求。在靈巧手方向，士蘭微的產(chǎn)品可嵌入手腕、手部模組或手指關節(jié)附近，用于檢測微小姿態(tài)變化、動作加速度、角速度變化及異常沖擊，為精細動作控制、抓取過程監(jiān)測和運動補償提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

官網(wǎng)資料顯示，士蘭微的 SC7I22具備高精度校準與低功耗運行的優(yōu)勢，加速度計：量程支持 ±2g 至 ±16g，陀螺儀量程支持 ±125dps 至 ±2000dps，芯片內部集成了高精度校準模塊，高達 3.2kHz 的陀螺儀輸出數(shù)據(jù)率（ODR）和內置的計步檢測功能，使其能精準捕捉運動軌跡。

此外， SC7I22高達 3.2kHz 的陀螺儀輸出數(shù)據(jù)率（ODR）和內置的計步檢測功能，使其能精準捕捉運動軌跡。功耗方面，低功耗模式下整體聯(lián)合電源電流僅為 399μA，高性能模式下為 927μA。

除了上述介紹到的企業(yè)，芯聯(lián)集成、敏芯股份、明皜傳感等企業(yè)也在機器人領域布局。

資料顯示，敏芯股份啟動了機器人用IMU 的研發(fā)立項，通過IMU提供的實時姿態(tài)信息，機器人的中樞可對其自身進行運動控制。未來量產(chǎn)的慣性傳感器將 實現(xiàn)MEMS和ASIC芯片的直接鍵合?？毓勺庸局泻晡⒂畹母叨薎MU產(chǎn)品已實現(xiàn)向客戶批量供貨，著手研發(fā)未來可用于機器人不同應用領 域的IMU產(chǎn)品，相關產(chǎn)品正按照既定計劃開展研發(fā)工作。

芯聯(lián)集成為具身智能提供核心MEMS傳感器芯片、激光雷達芯片、慣性導航單元（IMU）芯
片、驅動芯片以及MCU等關鍵硬件，并提供高度集成的系統(tǒng)級套片方案。目前產(chǎn)品已成功導入多家客戶，涵蓋了人形機器人與各類非人形機器人應用，累計獲得訂單規(guī)模已達千萬元級別。

芯動聯(lián)科正全力推進高集成低成本的六軸IMU芯片的研發(fā)量產(chǎn)，以卡位自動駕駛、小型飛行器、無人設備及人 形機器人等領域。2025年財報顯示，公司的工業(yè)級MEMS IMU處于研發(fā)階段，可用于機器人領域。


小結
2026年作為人形機器人產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的元年，IMU戰(zhàn)略價值日益凸顯，其產(chǎn)業(yè)鏈的成熟將推動具身智能時代的到來。

當前，國內IMU產(chǎn)業(yè)正持續(xù)高速發(fā)展，國際與國內企業(yè)均在加速布局這一黃金賽道。目前已成熟應用于汽車與工業(yè)領域的車規(guī)級、工業(yè)級IMU，憑借其卓越的抗振性、高精度與長期穩(wěn)定性，正被高效復用于機器人領域。例如美泰傳感器的MSI328D等產(chǎn)品，不僅滿足了智能駕駛的高標準，也完美契合了機器人在復雜工況下的感知需求。這種跨領域的技術復用，不僅加速了機器人核心硬件的迭代，也為國產(chǎn)機器人產(chǎn)業(yè)的降本增效提供了強有力的支撐。