1.IMU位置和姿態控制核心
什麼是IMU
慣性測量單元（Inertial measurement unit，簡稱 IMU），是測量物體三軸姿態角及加速度的裝置。一般IMU包括三軸陀螺儀及三軸加速度計，部分IMU還包括三軸磁力計。IMU在小至手機、VR，大至航空、航天領域都得到了廣泛的應用。
IMU通常包含陀螺儀（Gyroscope）、加速度計（Accelermeters），有的還包含磁力計（Magnetometers）和氣壓計。加速計是一個測量特定力的傳感器（身體質量使力正常化）。它提供在其本地框架內跨越x、y、z軸的加速度。陀螺儀是一個傳感器，它測量在其本地框架內圍繞x、y和z軸的角速度。一般來說，對測量結果進行整合，得出角度本身。磁強計是一個測量地球磁場並提供航向的傳感器（羅盤就是這樣一個設備）。如果它包括在IMU中，我們通常將其描述為「9軸IMU」。氣壓計是一個測量氣壓的傳感器，可以提供海拔高度。
IMU的基本原理
MEMS加速度計是MEMS領域最早開始研究的傳感器之一，它的工作原理就是靠MEMS中可移動部分的慣性。由於中間電容板的質量很大，而且它是一種懸臂構造，當速度變化或者加速度達到足夠大時，它所受到的慣性力超過固定或者支撐它的力，這時候它會移動，它跟上下電容板之間的距離就會變化，上下電容就會因此變化。電容的變化跟加速度成正比。
IMU分級
根據不同的使用場景，對IMU的精度有不同的要求。精度高，也意味著成本高：普通的消費級電子產品所使用到的IMU都是低精度且十分廉價的IMU，這種IMU普遍應用於手機、運動手錶中。常用於記錄行走的步數。而無人駕駛所使用到的IMU，價格從幾百塊到幾萬塊不等，取決於此無人駕駛汽車對定位精度的要求。精度更高的IMU會用於導彈或航天飛機。就以導彈為例，從導彈發射到擊中目標，宇航級的IMU可以達到極高精度的推算，誤差甚至可以小於一米。
IMU測量誤差
由於製作工藝的原因，慣性傳感器測量的數據通常都會有一定誤差。第一種誤差是偏移誤差，也就是陀螺儀和加速度計即使在沒有旋轉或加速的情況下也會有非零的數據輸出。要想得到位移數據，我們需要對加速度計的輸出進行兩次積分。在兩次積分後，即使很小的偏移誤差會被放大，隨著時間推進，位移誤差會不斷積累，最終導致我們沒法再跟蹤物體的位置。第二種誤差是比例誤差，所測量的輸出和被檢測輸入的變化之間的比率。與偏移誤差相似，在兩次積分後，隨著時間推進，其造成的位移誤差也會不斷積累。第三種誤差是背景白噪聲，如果不給予糾正，也會導致我們沒法再跟蹤物體的位置。
2.MEMS IMU在自動駕駛領域放量在即
自動駕駛中的傳感器
隨著科技的不斷發展，自動駕駛技術日趨成熟。為了實現自動駕駛汽車的各種複雜功能，精確而又可靠的位置資訊開始變得不可或缺，高精度MEMS IMU作用日益凸顯：擁擠的城市峽谷環境給自動駕駛汽車傳感器陣列帶來了巨大的挑戰。當自動駕駛汽車在失去GPS/GNSS信號的情況下試圖左轉時，IMU技術開始凸顯它的重要作用。感知傳感器作為自動駕駛主動決策的主要資訊來源，可以感知車輛周圍的世界。導航系統由GNSS/GPS接收機和INS（慣性導航系統）組 成，慣導系統包括慣性運動傳感器和來自里程計和轉向傳感器的輸入。長期以來，基於MEMS的慣性傳感器（如陀螺儀和加速度計）已作為分立元件應用於車輛的碰撞檢測、安全氣囊彈出和電子穩定性控制。
自動駕駛中的慣性導航
從結構上看，IMU主導的慣性導航分為平台式和捷聯式。按照市場發展趨勢，慣性測量傳感器正在不斷向輕量化方向發展，捷聯式逐漸成為主流。平台式慣性導航系統採用物理平台模擬導航坐標系統，加速度計安裝在由於陀螺儀控制 的穩定平台上，輸出的資訊由導航電腦計算航行器位置、速度等導航資訊及陀螺的施矩資訊。陀螺在施矩資訊作用下，通過平台穩定迴路控制平台跟蹤導航坐標系在慣性空間的角速度。而航行器的姿態和方位資訊，則從平台的框架軸上直接測量得到。捷聯式慣性導航採用數學算法確定導航坐標系，即加速度計和陀螺儀直接安裝在運載體上，得到資訊量之後通過數學平台確定運載體的速度、位置以及姿態等航向資訊。
自動駕駛中IMU的優勢
與其他導航系統相比，IMU主導的慣導系統具有資訊全面，完全自主、高度隱蔽、資訊實時與連續，且不受時間、地域的限制和人為因素干擾等重要特性，在城市峽谷或森林道路中，IMU不會受到多路徑效應或信號衰減的影響。在自動駕駛系統中，IMU數據與GNSS、視覺和其他探測和測距系統融合，以填補GNSS更新之間的空隙，並在GNSS和/或其他傳感器受到影響時安全進行短時導航。IMU數據始終可用，是任何自主車輛系統的一個組成部分，並可用於在具挑戰性的環境中維持車輛安全運行。
自動駕駛中的GNSS RTK IMU組合導航
當乘用車達到L3及以上自動駕駛水平，車輛必將擁有能夠精準定位的裝置。目前乘用車的定位精度普遍未能達到自動駕駛的要求。乘用車高精度定位應用屬於從0到1的環節，隨著自動駕駛級別的演進，其重要性將日益增強。目前行業內對自動駕駛車端的工作模塊主要分為三類：感知層，決策層和控制層。感知層依賴於衛星定位、慣性定位、環境感知等定位技術，來感知外界、自己車輛狀態，是自動駕駛的前置條件。
3.MEMS IMU卡位人形機器人
IMU在早期四足機器人導航中的應用
四足機器人屬於腿式機器人的一種，可以自主行走，對惡劣複雜地形的適應性強，已經成為當今移動機器人研究的熱點。四足機器人的應用非常廣泛，特種領域方面，四足機器人可以進入人類無法進入的危險場域；陪護領域方面，四足機器人可以實現人際交流；軍事領域方面，四足機器人可以實現高運動性能的作戰移動平台。作為自主導航機器人，機器必須實時知曉自己的位置。而IMU是測量物體三軸姿態角（或角速率）以及加速度的設備，在機器人導航中有著很重要的應用。四足機器人從IMU、雷射雷達等傳感器獲取資訊，通過相關算法，實現即時定位與地圖構建。
IMU在人形機器人導航中的應用
早期機器人通常在軀幹位置放置IMU，隨著慣導系統在人形機器人中的應用逐漸成熟，頭部也將放置IMU，和立體視覺相機等組合進行定位及導航。
頂尖機器人應用IMU
ICM-42688-P是TDK針對機器人運動追蹤應用推出的高性能6軸IMU。TDK慣性傳感器系列由加速度傳感器、陀螺儀傳感器複合化的IMU構成，旗下的機器人IMU在日本機器人行業中有很高的知名度。這款6軸MEMS運動傳感器，在性能上是絕對的行業領先。它的噪聲、靈敏度以及隨時間和溫度變化的偏置穩定性都處於很高的行業水平。它的噪聲、靈敏度以及隨時間和溫度變化的偏置穩定性都處於很高的行業水平。其中的陀螺儀，最關鍵的靈敏度誤差，依然是±0.5%這個絕對領先的數值。在零速率偏移量上，可以做到±0.5dps這種車載水平。而在機器人應用中絕對重要的噪聲密度，為 0.0028dps/√Hz，低密度的噪聲讓機器人更容易獲取自己的位置資訊。加速度計同樣是±0.5%的靈敏度誤差以及車載水平的±40mg零加速度偏移量。噪聲密度為75dps/√Hz。該IMU配合TDK旗下的RoboVac可以進一步提高應用程序性能的獨特功能，如與RTC同步的樣本，20位的ADC，32kHz的ODR。這個系列還有一個更直接的優勢，功耗低。在低噪聲模式下的A G為880μA；在低功率模式下的A小於50μA。對於移動機器人這類中小型機器人，低功耗器件往往是廠商的第一選擇。
IMU在人形機器人中的應用
IMU可測量物體在 三維空間中的角速度和加速度，並以此解算出物體的姿態，是機器人平衡和穩定行走的關鍵傳感器。由IMU主導的慣性系統，可以在人形機器人中實現慣性導航、慣性測量和慣性穩控等多重功能。其中以慣性導航的應用最為廣泛。
人形機器人IMU方案
MEMS慣性傳感器指採用MEMS工藝製備的慣性傳感器，與傳統工藝製造的慣性傳感器相比，MEMS器件具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適於批量化生產、易於集成和智能化等特點，被廣泛應用於航空航天、石油化工、汽車、船舶、消費電子、醫療等領域。高性能MEMS慣性傳感器，包括MEMS陀螺儀、MEMS加速度計和MEMS慣性測量單元（IMU），均包含一顆微機械（MEMS）晶片和一顆專用控制電路（ASIC）晶片，並通過慣性技術實現物體運動姿態和運動軌跡的感知。
4.MEMS IMU市場空間廣闊
自動駕駛領域市場情況
目前來看，我國量產乘用車自動駕駛等級正在由L2向L3過度。未來市場發展空間廣闊。在全新的自動化駕駛架構下，汽車智能化的滲透率不斷提升，傳統汽車行業正面臨著變革與轉型，行業迎來新的發展機遇。根據中汽協預測，2025年中國汽車銷量或將達到3000萬輛。我們預測，2025年我國L3級以上（包含L3）自動駕駛的滲透率保守估計為10%，樂觀估計為20%。
人形機器人領域市場情況
在中國市場上，人形機器人市場規模較小，但增長速度非常快。恆州誠思報告顯示，2019年中國人形機器人市場 規模大約為9.6億美元，預計到2025年將達到30億美元。參考中國服務機器人市場約占全球市場25%的數值測算，2030年中國人形機器人市場規模將達50億美元、500元、300元測算。
IMU產業鏈
IMU中的MEMS陀螺儀按照零偏穩定性的指標劃為消費級（>15°/h）、戰術級（0.15-15°/h）、導航級（0.01- 0.15°/h）、戰略級（
