機(jī)器人在實(shí)際落地的過程中，離不開IMU運(yùn)動感知能力。那么，機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化會遇到哪些挑戰(zhàn)？IMU在平衡運(yùn)控導(dǎo)航上的能力如何？車規(guī)級的IMU能否用于機(jī)器人？

近日，在上海由蓋世具身智能與上海智能汽車軟件園聯(lián)合舉行的“第四屆具身智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”¹上，導(dǎo)遠(yuǎn)科技機(jī)器人行業(yè)負(fù)責(zé)人刁品昊做了報(bào)告《車規(guī)級IMU讓機(jī)器人更穩(wěn)健、可靠》，進(jìn)行了IMU方面的相關(guān)分享。

刁品昊丨導(dǎo)遠(yuǎn)科技機(jī)器人行業(yè)負(fù)責(zé)人

1 機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)會遇到四個(gè)挑戰(zhàn)

從導(dǎo)遠(yuǎn)角度，機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)會遇到四個(gè)核心挑戰(zhàn)。

第一，硬件的性能。機(jī)器人在多自由度的運(yùn)動過程中，要保持機(jī)器人的平衡。

第二，量產(chǎn)的一致性。早期在實(shí)驗(yàn)室里搭一個(gè) Demo，或者手?jǐn)€一個(gè)機(jī)器人是相對容易的。但是現(xiàn)在包括未來要交付百臺、千臺、萬臺甚至百萬臺規(guī)模時(shí)，如何保持機(jī)器人性能的一致性？

第三，系統(tǒng)的可靠性。例如，機(jī)器人全身有十幾個(gè)電機(jī)，電磁環(huán)境比較復(fù)雜；另外機(jī)器人需要做跳躍翻轉(zhuǎn)等動作，在這些復(fù)雜的運(yùn)動場景下，如何保持系統(tǒng)的可靠性？

最后，人們可能會忽視的安全性。因?yàn)闄C(jī)器人需要與人/現(xiàn)實(shí)過世界做交互，那么在交互的過程中，如何保持人類的安全？

2 IMU解決了機(jī)器人的三個(gè)問題

如果把AI大模型比喻為機(jī)器人的大腦，那么IMU就是機(jī)器人的前庭系統(tǒng)，主要解決了三個(gè)問題。

第一，保持機(jī)器人的平衡與穩(wěn)定。通過實(shí)時(shí)感測，可以讓機(jī)器人在行駛過程中保持穩(wěn)定。

第二，精準(zhǔn)的運(yùn)動控制。例如在執(zhí)行一些任務(wù)時(shí)，諸如夾爪的抓取，做跳躍等動作，通過對姿態(tài)的實(shí)時(shí)解析，能夠保持做這些任務(wù)時(shí)能夠達(dá)到人們想要的效果。

最后，定位與導(dǎo)航。與智能汽車不同，機(jī)器人大部分是在室內(nèi)工作，難以接收到GPS等衛(wèi)星信號，所以在多傳感器融合中，IMU是一個(gè)關(guān)鍵。

3 機(jī)器人需要什么樣的IMU？

車規(guī)級IMU供應(yīng)商導(dǎo)遠(yuǎn)認(rèn)為，車規(guī)級的IMU適合機(jī)器人的應(yīng)用。原因如下。

第一，汽車與機(jī)器人對IMU有相似的性能需求。都對IMU的輸出頻率和輸出精度有很高的要求。

第二，都需要適應(yīng)極端的工作環(huán)境。未來機(jī)器人是全球部署的，因此工作環(huán)境可能是在比較冷的北方，也有可能在赤道，而IMU本身又是對溫度極為敏感的。車規(guī)級的器件溫度可以覆蓋到-40℃~105℃，這種寬廣的工作溫度范圍，同樣可以讓機(jī)器人在各個(gè)場景下工作。

第三，抗沖擊性，例如需要翻滾跳躍時(shí)，最高的沖擊能夠達(dá)到2000J。

第四，量產(chǎn)規(guī)模的高度一致性。車規(guī)級IMU已經(jīng)經(jīng)過百萬級的量產(chǎn)交付，對整個(gè)產(chǎn)品的性能做了充分的驗(yàn)證，并且因?yàn)榈靡嬗谄嚨漠a(chǎn)量大，其成本也相對于工規(guī)產(chǎn)品有較大的優(yōu)勢。

最后，同樣需要功能安全。當(dāng)前的具身機(jī)器人行業(yè)，安全是容易被忽視的一個(gè)點(diǎn)。在汽車領(lǐng)域，往往要求SOTIF或者SOD的功能安全，但是現(xiàn)在在一些機(jī)器人表演的場景里，機(jī)器人跌倒了之后，程序依然在跑，甚至已經(jīng)發(fā)生了一些機(jī)器傷人的事件。因此，未來擁有功能安全等級的傳感器會更加的符合未來整個(gè)行業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢。

4 導(dǎo)遠(yuǎn)在IMU行業(yè)內(nèi)的表現(xiàn)

導(dǎo)遠(yuǎn)是車規(guī)級IMU行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)廠商。公司成立12年以來，獲得了多個(gè)業(yè)內(nèi)第一。據(jù)導(dǎo)遠(yuǎn)介紹，截至2025年9月底的統(tǒng)計(jì)，首先是全球首家量產(chǎn)車規(guī)級MEMS組合導(dǎo)航的公司。車載高精度定位在中國和全球的裝車量也是業(yè)內(nèi)第一，國內(nèi)的市占率超過50%，在全球的市占率在27.6%。導(dǎo)遠(yuǎn)的累計(jì)裝車427萬臺，出貨量目前也是業(yè)內(nèi)最高的，也是唯一進(jìn)入國際OEM的高精度定位解決方案的供應(yīng)商。

導(dǎo)遠(yuǎn)已與超過20家明星機(jī)器人公司達(dá)成了合作，包括雙足的人形機(jī)器人、輪式機(jī)器人、四足機(jī)器狗上，都能看到導(dǎo)遠(yuǎn)的產(chǎn)品。

5 導(dǎo)遠(yuǎn)IMU方案的特色

基于汽車的需求，導(dǎo)遠(yuǎn)構(gòu)建了以芯片、模組為系統(tǒng)體系的全棧式解決方案。

對于模組，有的客戶需要六軸的，有的需要九軸的，有的需要帶磁力計(jì)的，也有的需要帶姿態(tài)輸出，為此，導(dǎo)遠(yuǎn)構(gòu)建了平臺化的產(chǎn)品，可以根據(jù)客戶不同的需求，有針對性地提供產(chǎn)品。

導(dǎo)遠(yuǎn)也是目前業(yè)內(nèi)唯一一家在汽車領(lǐng)域掌握了從芯片設(shè)計(jì)到封裝測試的全鏈路自主可控的本土廠商，其中陶瓷封裝是導(dǎo)遠(yuǎn)的護(hù)城河。

為何陶瓷封裝很重要？因?yàn)閭鹘y(tǒng)上，諸如消費(fèi)級的MEMS芯片是塑封的，塑封在長期使用中，外部的濕氣有可能進(jìn)入到芯片內(nèi)部，對其中的微機(jī)電結(jié)構(gòu)造成濕氣的侵蝕和化學(xué)的腐蝕。而陶瓷封裝堅(jiān)硬，熱膨脹系數(shù)較低，同時(shí)導(dǎo)遠(yuǎn)在陶瓷封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)充了惰性氣體，經(jīng)過導(dǎo)遠(yuǎn)的測試，其長期耐久性與穩(wěn)定性比塑封芯片提升了70%。同時(shí)因?yàn)槭擒囈?guī)級工藝，可以保證機(jī)器人在10多年的生命周期里能依然保持穩(wěn)定的性能。

最后，在標(biāo)定與測試方面，導(dǎo)遠(yuǎn)自研了高精度的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，角度精度可以測量到0.0001度，同時(shí)模組幾何對準(zhǔn)誤差可以控制在0.05度以內(nèi)。

6 導(dǎo)遠(yuǎn)IMU的性能優(yōu)勢

導(dǎo)遠(yuǎn)給機(jī)器人行業(yè)推的IMU有6大優(yōu)勢。

首先是高帶寬、低延遲。有高頻的輸出頻率，較大的量程，能夠滿足90%的使用場景。

第二，高精度、低噪聲。鄰邊陀螺的不穩(wěn)定性控制在1度/小時(shí)，無論機(jī)器人是在靜止，還是在低速的運(yùn)動過程中，不會讓感知系統(tǒng)產(chǎn)生幻覺。

第三，小尺寸與低功耗，從而使機(jī)器人有更長的續(xù)航時(shí)間。

第四，車規(guī)級的工藝。導(dǎo)遠(yuǎn)做了全溫區(qū)的精準(zhǔn)補(bǔ)償，從-40℃~+105℃，能夠覆蓋機(jī)器人95%以上的溫度區(qū)間。

第五，內(nèi)置了多模態(tài)的算法，可以適應(yīng)凹凸地面，以及爬坡、樓梯等一些復(fù)雜的場景。

第六，導(dǎo)遠(yuǎn)根據(jù)客戶的不同協(xié)議，例如有的客戶需要串口(RS-232、RS-485)，有的需要EtherCAT，導(dǎo)遠(yuǎn)的平臺化方案使客戶可以即插即用，降低了使用門檻。

7 用“精密工程+智能制造”保證質(zhì)量

導(dǎo)遠(yuǎn)公司是2014年成立的，總部設(shè)在廣州。在廣州、北京、上海、合肥有研發(fā)中心，在廣州有總裝的生產(chǎn)基地，在江蘇南通有一家自建的芯片封測廠。早在10年前的2016年，導(dǎo)遠(yuǎn)預(yù)見到時(shí)空智能未來會與智能出行相融合，所以進(jìn)軍自動駕駛行業(yè)。2017年拿了第一個(gè)國內(nèi)主機(jī)廠的定點(diǎn)，2019年建立了專用的芯片封測生產(chǎn)線，2021年拿了全國11家主機(jī)廠的定點(diǎn)，2023年正式進(jìn)軍海外，并且拿到了一些國外頭部主機(jī)廠的定點(diǎn)。

2014年導(dǎo)遠(yuǎn)開始自研芯片，2025年自研芯片已經(jīng)拿到AEC-Q100認(rèn)證，并且開始與頭部機(jī)器人公司正式合作。

很多客戶會問導(dǎo)遠(yuǎn)：如何保證質(zhì)量？答案是：精密工程+智能制造。導(dǎo)遠(yuǎn)建立了完整的數(shù)字化制造架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的可視化監(jiān)控，并且對全流程進(jìn)行追溯。因此產(chǎn)線的良率超過了99%，ppm小于20。

目前,導(dǎo)遠(yuǎn)有了車規(guī)級的規(guī)模化量產(chǎn)能力，IMU年產(chǎn)能可以超過300萬顆，因此在未來機(jī)器人行業(yè)大爆發(fā)時(shí)，機(jī)器人的保有量可能會達(dá)百萬臺以上，導(dǎo)遠(yuǎn)的這種量產(chǎn)交付能力，可以為整個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模的交付。 

注：

¹ 此論壇由蓋世具身智能與上海智能汽車軟件園聯(lián)合主辦。