電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）在人形機器人中，傳感器是實現(xiàn)感知能力的關(guān)鍵技術(shù)，高性能慣性測量單元（IMU）等姿態(tài)檢測傳感器在其中發(fā)揮著重要作用。中金研究預(yù)計，2030年人形機器人傳感器市場空間將達到119億元，2024年到2030年的復(fù)合年增長率達60%。

人形機器人應(yīng)用到的傳感器種類眾多，可以用于視覺、聽覺、嗅覺、力覺、觸覺、位置與運動等方面。大致可以分為兩類，一類是外部傳感器，主要功能是實現(xiàn)機器人與外界的交互，包括視覺、力覺、觸覺等。另一類是內(nèi)部傳感器，用于機器人的運動控制反饋，包括速度傳感器、位置傳感器、姿態(tài)傳感器等。

其中，姿態(tài)傳感器是一種用于測量和感知物體在三維空間中運動狀態(tài)的設(shè)備，其核心組件是IMU（慣性測量單元）。IMU通常由加速度計、陀螺儀等傳感元件組成，能夠?qū)崟r檢測物體的角速度、線性加速度以及方向變化。這些數(shù)據(jù)通過算法處理后，可以用來確定物體的姿態(tài)（即位置和方向）以及動態(tài)行為。

在人形機器人領(lǐng)域，姿態(tài)傳感器是實現(xiàn)動態(tài)平衡和擬人化運動控制的關(guān)鍵部件。常見的姿態(tài)傳感器技術(shù)路徑采用MEMS（微機電系統(tǒng)）慣性傳感器，因其具有體積小、精度高、可靠性強等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各類機器人及智能設(shè)備中。數(shù)據(jù)顯示，業(yè)內(nèi)機構(gòu)預(yù)測到2025年，全球MEMS慣性傳感器市場規(guī)模將超300億元人民幣，人形機器人將帶來百億級的市場空間。

電子發(fā)燒友網(wǎng)關(guān)注到，業(yè)內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)針對人形機器人、泳池機器人等機器人產(chǎn)品推出了姿態(tài)檢測傳感器，包括華依智造、元生創(chuàng)新、眸星科技等。


華依智造ARU8010姿態(tài)傳感器，4000°/s動態(tài)范圍感知

今年，華依智造推出自主研發(fā)的ARU8010姿態(tài)參考傳感器。華依智造是華依科技集團旗下全資子公司，公司在車載傳感器領(lǐng)域具備成熟的技術(shù)經(jīng)驗，其汽車級傳感技術(shù)能夠與機器人運動控制需求深度融合。

此次推出的高性能專用傳感器解決方案——ARU系列，面向人形機器人關(guān)節(jié)控制。

官方介紹，ARU8010姿態(tài)參考傳感器集成了定制化內(nèi)核的高性能傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)高達4000°/s的超大動態(tài)范圍感知，這一特性使得它能夠保持出色的測量精度和穩(wěn)定性。同時，該傳感器采用了1KHz高頻采樣結(jié)合自適應(yīng)濾波算法的技術(shù)，使其可以迅速捕捉到微小至0.01°的姿態(tài)變化，確保了機器人在執(zhí)行復(fù)雜動作時的精確控制。

傳統(tǒng)的姿態(tài)傳感器存在一定的測量盲區(qū)，限制了其在某些特定應(yīng)用中的效果。而ARU8010引入了創(chuàng)新的360°全向位姿態(tài)結(jié)算技術(shù)，提供了全方位的姿態(tài)數(shù)據(jù)采集能力。ARU8010也已經(jīng)通過多級別振動測試驗證，ARU8010能夠在復(fù)雜的工況下穩(wěn)定工作，極大地增強了其實用性與可靠性。此外，為了進一步方便開發(fā)者使用，華依智造還為ARU8010提供了相關(guān)的配套ROS程序。

華依智造表示，ARU8010攻克人形機器人關(guān)節(jié)運動中的核心測量難題。ARU8010在靜態(tài)姿態(tài)測量精度和動態(tài)響應(yīng)速度等關(guān)鍵指標上達到了國際領(lǐng)先水平，且價格遠低于同類進口產(chǎn)品。


元生創(chuàng)新YIS525系列姿態(tài)傳感技術(shù)，橫滾/俯仰角精度達到0.1°

元生創(chuàng)新已經(jīng)推出了YIS320系列姿態(tài)傳感器、YIS525系列高精度姿態(tài)傳感器。

根據(jù)介紹，YIS320系列姿態(tài)傳感器擁有0.05°的姿態(tài)測量精度，確保了機器人在執(zhí)行精細操作時的高度穩(wěn)定性。它的設(shè)計非常小巧，尺寸僅為22.4×22.4×9.4mm，極大地簡化了集成過程，并有助于縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，加快推向市場的速度。

YIS525系列高精度姿態(tài)傳感器是元生創(chuàng)新在今年4月推出的新品。這款新產(chǎn)品不僅繼承了YIS320系列的優(yōu)點，還在多個方面實現(xiàn)了重大突破。

YIS525尺寸為55×37×18mm，數(shù)據(jù)輸出頻率可達400Hz，具備IP67級防護能力，意味著它可以有效防水、防塵，并且具有強大的抗振性能，適用于機器人、智能駕駛、農(nóng)機自動化以及工程機械等對環(huán)境適應(yīng)性要求極高的場合。



在測量精度方面，YIS320系列的橫滾/俯仰角精度達到0.1°，無參考航向角精度維持在0.2°，航向角精度可達1°，確保了機器人在執(zhí)行精細動作時的高準確性和穩(wěn)定性，使YIS320系列不僅適用于室內(nèi)環(huán)境，也能夠在戶外復(fù)雜環(huán)境中保持高精度導(dǎo)航。該系列的陀螺儀零偏不穩(wěn)定性降低至 3.6°/h，加速度計零偏不穩(wěn)定性降至0.035mg，增強了抗漂移能力。

YIS320系列還具有IP67防護等級，并且可以在短時間內(nèi)抵抗水下1米的浸泡。為了滿足不同用戶的需求，YIS320系列提供了多種通信接口選項，包括RS232、CAN、RS422、RS485。此外，該系列還支持UTC時間同步，支持可控的CAN終端電阻設(shè)計。

通過提高測量精度、動態(tài)響應(yīng)速度以及抗干擾能力，YIS525系列能夠在更為嚴苛的工作環(huán)境中保持穩(wěn)定運行，擴大了產(chǎn)品的應(yīng)用場景。在機器人應(yīng)用領(lǐng)域，能夠提供更加精準的運動控制和導(dǎo)航數(shù)據(jù)支持。

眸星科技MZ100 “補償+算法”雙系統(tǒng)，響應(yīng)延遲降低90%

在機器人領(lǐng)域，精準的姿態(tài)測量和控制是實現(xiàn)高效、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。今年2月，眸星科技推出MZ100 六軸姿態(tài)模塊，內(nèi)置3 軸低噪聲 MEMS 加速度計和 3 軸 MEMS 陀螺儀，采用“補償+算法”的雙閉環(huán)系統(tǒng)，針對泳池機器人設(shè)置了“智能爬墻模式”，適用于割草機器人、泳池清潔機器人、AGV等領(lǐng)域。

MZ100模塊采用了四維補償體系，即“補償+算法”的雙閉環(huán)系統(tǒng)，包括采用非線性補償、正交補償、溫度補償和漂移補償?shù)葮硕ㄊ侄?，以及機械編排濾波算法，實現(xiàn)了高精度的測量。MZ100響應(yīng)延遲降低90%， 一小時動態(tài)測試航向角累積誤差不超過10°，在俯仰角、橫滾角的測量上，其精度10秒內(nèi)達到 0.02°，60秒內(nèi)達到 0.15°。

MZ100模塊采用“高精度傳感+邊緣智能+寬域適應(yīng)”的三位一體架構(gòu)：傳感層采用MEMS加速計+陀螺儀；計算層搭載了MLC內(nèi)核處理算法、邊緣計算進行實時姿態(tài)解算、補償算法消除水流動壓高頻干擾；應(yīng)用層通過寬量程設(shè)計適應(yīng)各種復(fù)雜運動場景，滿足不同機器人應(yīng)用的需求。

MZ100模塊可用于多個機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。針對泳池機器人的坐標系失效、多維度運動干擾、誤差累積效應(yīng)等問題，眸星科技針對性設(shè)置了“智能爬墻模式”，且開發(fā)了適配智能爬墻姿態(tài)估計算法。通過動力學約束、機器學習狀態(tài)機等處理，顯著抑制了誤差增長，1h長時爬墻測試姿態(tài)誤差約為2°左右。


小結(jié)：

可以看到，隨著機器人應(yīng)用場景從結(jié)構(gòu)化環(huán)境轉(zhuǎn)向高動態(tài)、強擾動的復(fù)雜工況時，姿態(tài)傳感器在實時性與精度上也在不斷迭代。例如，在戶外作業(yè)、地形不規(guī)則移動、高速動作執(zhí)行等場景中，機器人需要具備快速響應(yīng)能力和精準的姿態(tài)感知能力。因此，姿態(tài)傳感器隨之提升動態(tài)范圍、增強抗干擾能力、提高測量精度以及優(yōu)化算法性能等方面。

未來，姿態(tài)傳感器還將持續(xù)迭代，包括更高精度與更大動態(tài)范圍、更強的抗干擾與環(huán)境適應(yīng)能力、智能化算法與邊緣計算融合，以及面向特定場景深度優(yōu)化：如針對人形機器人、AGV、清潔機器人定制功能模塊，提升產(chǎn)品適配性。