自動駕駛的下一個風口：高性能MEMS IMU

敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告華安證券研究所核心觀點IMU（慣性測量單元）通過測量物體加速度和角速度的變化來推算出物體在三維空間中的位置和姿態(tài)。目前高精度MEMS

IMU民用市場，主要應用場景包括高精度自動駕駛以及人形機器人。自動駕駛達到L3級以及以上，所需要IMU精度需要達到1°/h以內，目前較高精度的MEMS

IMU芯片全部依賴于海外進口；人形機器人達到特斯拉Optimus的精度，需要通過增加高精度MEMS

IMU數(shù)量來達到身體穩(wěn)定、姿態(tài)控制以及頭不穩(wěn)定補償?shù)男Ч?，因此高性能MEMS

IMU芯片國產(chǎn)自主可控的機遇需要提前布局。我們基于人形機器人單機需要4個MEMS

IMU、自動駕駛L3及以上精度滲透率達到20%、單顆IMU價格按照1000元的樂觀假設，預測高性能MEMS

IMU市場規(guī)模最高達100億元。目前國產(chǎn)高性能三軸芯片自主可控已突破，放量在即百億市場有望迎來爆發(fā)。建議關注公司：芯動聯(lián)科（買入），華依科技，華測導航（買入，華安通信覆蓋），星網(wǎng)宇達，中海達，蘇州固锝。風險提示：研發(fā)進度不及預期；宏觀經(jīng)濟景氣度不及預期；測算市場空間的誤差風險；研究依據(jù)的信息更新不及時，未能充分反映公司最新狀況的風險。2敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告目錄IMU位置和姿態(tài)控制核心MEMS

IMU在自動駕駛領域放量在即MEMS

IMU卡位人形機器人MEMS

IMU市場空間廣闊建議關注公司風險提示證券研究報告1.1什么是IMU慣性測量單元(Inertial

measurement

unit，簡稱

IMU)，是測量物體三軸姿態(tài)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?；?。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并提供航向的傳感器（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。資料來源：維基百科，華安證券研究所整理圖表1

阿波羅11號IMU華安證券研究所4敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告1.2

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。由于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。圖表2

MEMS加速度計資料來源：與非網(wǎng)，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所5證券研究報告1.2

IMU的基本原理下圖為MEMS陀螺儀角速度計（MEMS

gyroscope），其工作原理是利用角動量守恒原理及科里奧效應測量運動物體的角速率。它主要是一個不停轉動的物體，它的轉軸指向不隨承載它的支架的旋轉而變化。與加速度計工作原理相似，陀螺儀的上層活動金屬與下層金屬形成電容。當陀螺儀轉動時，他與下面電容板之間的距離機會發(fā)生變化，上下電容也就會因此而改變。電容的變化跟角速度成正比，由此我們可以測量當前的角速度。圖表3

MEMS陀螺儀角速度計資料來源：與非網(wǎng)，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所6證券研究報告1.3

IMU分級圖表4

IMU的精度、價格和使用場景根據(jù)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(chǎn)品所使用到的IMU都是低精度且十分廉價的IMU，這種IMU普遍應用于手機、運動手表中。常用于記錄行走的步數(shù)。而無人駕駛所使用到的IMU，價格從幾百塊到幾萬塊不等，取決于此無人駕駛汽車對定位精度的要求。精度更高的IMU會用于導彈或航天飛機。就以導彈為例，從導彈發(fā)射到擊中目標，宇航級的IMU可以達到極高精度的推算，誤差甚至可以小于一米。資料來源：CSDN，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所7證券研究報告1.4

IMU測量誤差非正交誤差

/

/比例誤差

非線性度

/噪聲

角度隨機游走計算姿態(tài)的本質是對角速率做積分，這必然會對噪聲也做了積分。白噪聲的積分并不是白噪聲，而是一個馬爾可夫過程，即當前時刻的誤差是在上一時刻誤差的基礎上累加一個隨機白噪聲得到的。角度誤差中所含的馬爾可夫性質的誤差，稱為角度隨機游走。常值零偏在MEMS中，可能是微機電結構中的帶電質量塊在電容板中的位置不準確，就產(chǎn)生了這樣的固定零偏。零偏（上電）重復性全稱是零偏逐次上電重復性（run-to-run

repeatability），這是傳統(tǒng)慣性器件的經(jīng)典指標，是指慣性器件不同次上電運行時的零偏的不重復程度。零偏溫敏系數(shù)板間介質的介電常數(shù)是會隨著溫度變化的，同樣的加速度。角速度，在不同的溫度下可能測量的值不同，這就導致了IMU的溫漂現(xiàn)象零偏穩(wěn)定性反映器件上電穩(wěn)定后其零偏隨時間變化的情況（這里指溫度恒定的情況下的零偏漂移，和溫漂區(qū)分開），主要是由于電子器件的閃變噪聲(Flicker

Noise)影響，導致零偏或者說偏置隨時間游走。零偏加速度敏感性陀螺的輸出本來應該對加速度完全不敏感，但由于其敏感結構的加工誤差等因素，多少還是會受到線加速度影響的。確定性誤差零偏隨機誤差由于制作工藝的原因，慣性傳感器測量的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸出。要想得到位移數(shù)據(jù)，我們需要對加速度計的輸出進行兩次積分。在兩次積分后，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，在兩次積分后，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。圖表5

IMU的誤差類型誤差類型 產(chǎn)生原因資料來源：武漢大學多源智能導航實驗室，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所8證券研究報告1.5

民用MEMS

IMU市場空間測算方法論圖表6

民用MEMS

IMU市場空間測算方法論自動駕駛機器人L3級以上滲透率-R汽車銷量-QIMU單價-PIMU單車數(shù)量-N機器人出貨量-QIMU單機數(shù)量-NIMU單價-P價格：IMU價格隨著競爭對手的增加，我們預測呈現(xiàn)下降趨勢（1000元/個-500元/個-300元/個）。數(shù)量：自動駕駛，L3及以上的滲透率我們預測到2025年達到10%-20%，單車需要一個IMU；人形機器人，早期胸腔放置一顆IMU，達到自由行動以及靈活姿態(tài)我們預測單機需要放置3-4個IMU。資料來源：華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所9敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告目錄IMU位置和姿態(tài)控制核心MEMS

IMU在自動駕駛領域放量在即MEMS

IMU卡位人形機器人MEMS

IMU市場空間廣闊建議關注公司風險提示證券研究報告2.1自動駕駛中的傳感器隨著科技的不斷發(fā)展，自動駕駛技術日趨成熟。為了實現(xiàn)自動駕駛汽車的各種復雜功能，精確而又可靠的位置信息開始變得不可或缺，高精度MEMSIMU作用日益凸顯：擁擠的城市峽谷環(huán)境給自動駕駛汽車傳感器陣列帶來了巨大的挑戰(zhàn)。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信息來源，可以感知車輛周圍的世界。導航系統(tǒng)由GNSS

/

GPS接收機和INS（慣性導航系統(tǒng)）組成，慣導系統(tǒng)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，基于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于車輛的碰撞檢測、安全氣囊彈出和電子穩(wěn)定性控制。納傳感官微，華安證券研究所整理資料來源：新圖表7

自動駕駛汽車常用的八種傳感器華安證券研究所11敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告2.2

自動駕駛中的慣性導航圖表8

平臺式慣性導航資料來源：頭豹研究院，華安證券研究所整理圖表9

捷聯(lián)式慣性導航華安證券研究所12敬請參閱末頁重要聲明及評級說明從結構上看，IMU主導的慣性導航分為平臺式和捷聯(lián)式。按照市場發(fā)展趨勢，慣性測量傳感器正在不斷向輕量化方向發(fā)展，捷聯(lián)式逐漸成為主流。平臺式慣性導航系統(tǒng)采用物理平臺模擬導航坐標系統(tǒng)，加速度計安裝在由于陀螺儀控制的穩(wěn)定平臺上，輸出的信息由導航計算機計算航行器位置、速度等導航信息及陀螺的施矩信息。陀螺在施矩信息作用下，通過平臺穩(wěn)定回路控制平臺跟蹤導航坐標系在慣性空間的角速度。而航行器的姿態(tài)和方位信息，則從平臺的框架軸上直接測量得到。捷聯(lián)式慣性導航采用數(shù)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，得到信息量之后通過數(shù)學平臺確定運載體的速度、位置以及姿態(tài)等航向信息資料來源：頭豹研究院，華安證券研究所整理證券研究報告自動駕駛中IMU的優(yōu)勢與其他導航系統(tǒng)相比，IMU主導的慣導系統(tǒng)具有信息全面，完全自主、高度隱蔽、信息實時與連續(xù)，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(tǒng)中，IMU數(shù)據(jù)與GNSS、視覺和其他探測和測距系統(tǒng)融合，以填補GNSS更新之間的空隙，并在GNSS和/或其他傳感器受到影響時安全進行短時導航。IMU數(shù)據(jù)始終可用，是任何自主車輛系統(tǒng)的一個組成部分，并可用于在具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中維持車輛安全運行。資料來源：傳感器專家網(wǎng)，華安證券研究所整理圖表10

自動駕駛中的IMU應用華安證券研究所13敬請參閱末頁重要聲明及評級說明圖表11

集成有IMU的高鐵軌道檢測小車資料來源：傳感器專家網(wǎng)，華安證券研究所整理證券研究報告自動駕駛中IMU的優(yōu)勢自動駕駛汽車駛入高樓林立的區(qū)域，失去了衛(wèi)星信號，無法由GPS提供絕對定位，此時，IMU可以發(fā)揮其延續(xù)絕對定位的作用，在沒有GPS信號的區(qū)域為汽車提供絕對定位信息，這些信息包括汽車的實時經(jīng)緯度和海拔高度。自動駕駛汽車通過車道線識別功能確保自身在道路中行駛，在遇到強烈太陽光照射的情況下，車道線識別功能失效。此時，IMU可以發(fā)揮其延續(xù)相對定位的作用，根據(jù)歷史記錄中的道路曲率與汽車相對于車道邊界的歷史位置，確保汽車在一段時間內繼續(xù)行駛在車道中。資料來源：焉知汽車，華安證券研究所整理圖表12

視線遮擋時IMU工作示意圖圖表13

強烈太陽光下IMU工作示意圖資料來源：焉知汽車，華安證券研究所整理華安證券研究所14敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告2.2自動駕駛中IMU的優(yōu)勢性能，IMU是自動駕駛系統(tǒng)在定位領域的最后一道防線:第一，IMU對相對和絕對位置的推演沒有任何外部依賴，是一個類似于黑匣子的完備系統(tǒng)；相比而言，基于GPS的絕對定位依賴于衛(wèi)星信號的覆蓋效果，基于高精地圖的絕對定位依賴于感知的質量和算法的而感知的質量與天氣有關，都有一定的不確定性。第二，同樣是由于IMU不需要任何外部信號，它可以被安裝在汽車底盤等不外露的區(qū)域，可以對抗外來的電子或機械攻擊；相比而言，視覺、激光和毫米波在提供相對或絕對定位時必須接收來自汽車外部的電磁波或光波信號，這樣就很容易被來自攻擊者的電磁波或強光信號干擾而致盲，也容易被石子、刮蹭等意外情況損壞。第三，IMU對角速度和加速度的測量值之間本就具有一定的冗余性，再加上輪速計和方向盤轉角等冗余信息，使其輸出結果的置信度遠高于其它傳感器提供的絕對或相對定位結果。資料來源：新納傳感官微，華安證券研究所整理圖表14高精度IMU在自動駕駛汽車的廣泛實際應用華安證券研究所15敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告2.3

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于從0到1的環(huán)節(jié)，隨著自動駕駛級別的演進，其重要性將日益增強。目前行業(yè)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。感知層依賴于衛(wèi)星定位、慣性定位、環(huán)境感知等定位技術，來感知外界、自己車輛狀態(tài)，是自動駕駛的前置條件。圖表15

自動駕駛車端硬件架構資料來源：頭豹研究院，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所16證券研究報告2.3

自動駕駛中的GNSS+RTK+IMU組合導航資料來源：頭豹研究院，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所17衛(wèi)星定位、慣性定位、環(huán)境感知定位三種定位方式由于實現(xiàn)的方式不同，在不同能力范圍內各有優(yōu)劣，單獨的定位方式方案難以滿足自動駕駛對高精定位的需求。圖表16

三種定位方式優(yōu)劣對比表定位方式優(yōu)勢劣勢慣性定位·不依賴于外部信息,也不向外部輻射能量的自主式系統(tǒng)·不易受外界環(huán)境干擾數(shù)據(jù)更新頻率高,且短期精度和穩(wěn)定性好·由于導航信息經(jīng)過積分產(chǎn)生，定位誤差隨時間而增大·使用之前需要較長的初始對準時間衛(wèi)星定位·全天候、全天時、絕對位置準確·依賴衛(wèi)星信號，在衛(wèi)星信號丟失時無法定位·GNSS信號更新頻率低，不能滿足實時定位需求·RTK技術的適用范圍限制于地基信號增強站的覆蓋度環(huán)境特征定位·可實時獲得周圍環(huán)境的3D信息·攝像頭和各種雷達獲取的特征信息的準確度受到天氣，環(huán)境，光線影響大·對環(huán)境變化的魯棒性差，所以前期需要大量的數(shù)據(jù)驗證去盡可能覆蓋各種特征信息，單方案實現(xiàn)難度大證券研究報告2.3

自動駕駛中的GNSS+RTK+IMU組合導航圖表17

完全組合的定位框架目前行業(yè)內共識的組合方案是由GNSS單元、RTK定位確定絕對位置，IMU確定相對位置，同時，高精地圖與激光雷達，攝像頭等感知設備用于環(huán)境感知。車輛從GNSS+RTK+IMU定位組合中獲得車輛位置的預測值，從高精地圖中獲取位置附近的環(huán)境特征，之后將掃描識別的環(huán)境特征與高精地圖記述的環(huán)境特征做匹配融合，獲取車輛當下精準的位置信息。各工作單元之間信息相互耦合，結果相互冗余，從而保障了定位的精度和可靠性。通過激光雷達、視覺等傳感器實現(xiàn)的環(huán)境特征定位與高精地圖結合的定位方案也能實現(xiàn)高精定位，但是視覺、激光雷達等傳感器的器件成本，以及對邊緣計算的要求高，衛(wèi)慣組合導航幾乎可以通過十分之一的價格實現(xiàn)相同的效果。所以目前衛(wèi)慣組合導航還是最主流的高精定位方案。資料來源：頭豹研究院，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所18敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告目錄IMU位置和姿態(tài)控制核心MEMS

IMU在自動駕駛領域放量在即MEMS

IMU卡位人形機器人MEMS

IMU市場空間廣闊建議關注公司風險提示證券研究報告3.1

IMU在早期四足機器人導航中的應用四足機器人屬于腿式機器人的一種，可以自主行走，對惡劣復雜地形的適應性強，已經(jīng)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(xiàn)人際交流；軍事領域方面，四足機器人可以實現(xiàn)高運動性能的作戰(zhàn)移動平臺。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(tài)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、激光雷達等傳感器獲取信息，通過相關算法，實現(xiàn)即時定位與地圖構建。資料來源：CSDN，華安證券研究所整理圖表18

IMU在四足機器人上的應用華安證券研究所20敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告3.2

IMU在人形機器人導航中的應用資料來源：優(yōu)必選官網(wǎng)，華安證券研究所整理早期機器人通常在軀干位置放置IMU，隨著慣導系統(tǒng)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。圖表19

IMU在人形機器人中的應用高精度IMU華安證券研究所21敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告3.3

頂尖機器人應用IMUICM-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、陀螺儀傳感器復合化的IMU構成，旗下的機器人IMU在日本機器人行業(yè)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(yè)領先。它的噪聲、靈敏度以及隨時間和溫度變化的偏置穩(wěn)定性都處于很高的行業(yè)水平。它的噪聲、靈敏度以及隨時間和溫度變化的偏置穩(wěn)定性都處于很高的行業(yè)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(shù)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信息。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(yōu)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小于50μA。對于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。圖表20

ICM-42688-P

IMU單元資料來源：電子發(fā)燒友，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所22證券研究報告3.3

頂尖機器人應用IMUST在IMU內整合了補充類型的傳感器，提供了比分立式MEMS產(chǎn)品更小巧、穩(wěn)定且易于組裝的慣性模塊。整合的器件包括加速計，陀螺儀以及磁力計。ISM330DHCX的傳感元件采用專門的MEMS工藝制造，IC接口則采用CMOS技術開發(fā)，與傳感元件有很好的匹配度。在ISM330DHCX中不同于其他設計的是加速度計和陀螺儀的傳感元件在同一個硅芯片上，這種設計最直接的效果就是提升了器件的穩(wěn)定性和魯棒性。雖然該模塊是泛工業(yè)應用器件，不是專門針對機器人應用推出的，但是它在整體設計有無可爭議的優(yōu)異性能，以及完善的配套可以完美契合移動機器人應用。圖表21

ISM330DHCX

iNEMO慣性模塊資料來源：電子發(fā)燒友，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所23證券研究報告3.4

IMU在人形機器人中的應用圖表22

IMU在人形機器人上的應用IMU可測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)，是機器人平衡和穩(wěn)定行走的關鍵傳感器。由IMU主導的慣性系統(tǒng)，可以在人形機器人中實現(xiàn)慣性導航、慣性測量和慣性穩(wěn)控等多重功能。其中以慣性導航的應用最為廣泛。應用方向具體內容原理圖慣性導航慣性導航系統(tǒng)的核心器件是陀螺儀和加速度計。通常情況下，每套慣性系統(tǒng)包含三軸陀螺儀和三軸加速度計，分別測量三個自由度的角速率和線加速度；通過對角速率和線加速度按時間積分以及疊加運算，可以動態(tài)確定自身位置變化，從而確定自身移動軌跡以實現(xiàn)導航功能。慣性測量慣性測量系統(tǒng)是利用陀螺儀、加速度計等慣性敏感元件和電子計算機測量載體相對于地面運動的角速率和加速度，以確定載體的位置和地球重力場參數(shù)的組合系統(tǒng)。測量穩(wěn)控慣性穩(wěn)控是通過連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)姿態(tài)與位置變化，利用伺服機構動態(tài)調整系統(tǒng)姿態(tài)，使被穩(wěn)定對象與設定目標保持相對穩(wěn)定的裝置。慣性穩(wěn)控利用陀螺儀敏感框架的角速率信號，利用控制算法進行伺服結構的控制，保持在外部干擾情況下平臺的穩(wěn)定，提高平臺設備工作的性能。資料來源：芯動聯(lián)科招股說明書，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所24證券研究報告3.5

人形機器人IMU方案資料來源：各公司官網(wǎng)，機器之心，巨豐財經(jīng)，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所25MEMS慣性傳感器指采用MEMS工藝制備的慣性傳感器，與傳統(tǒng)工藝制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、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和智能化等特點，被廣泛應用于航空航天、石油化工、汽車、船舶、消費電子、醫(yī)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）芯片和一顆專用控制電路（ASIC）芯片，并通過慣性技術實現(xiàn)物體運動姿態(tài)和運動軌跡的感知。圖表23

人形機器人IMU方案品牌IMU方案特斯拉

OPTIMUSOptimus通過神經(jīng)網(wǎng)絡模型Occupancy

Networks和Dojo

D1超級計算芯片，接受并處理來自包括IMU在內各種傳感器的數(shù)據(jù)，以識別環(huán)境空間并執(zhí)行任務。波士頓動力Atlas

使用集成

IMU、聯(lián)合位置和力傳感器來控制自身的肢體動作，并通過感知地面來保持平衡，但仍需要TOF

深度相機等輔助感知障礙物并完成導航。宇樹機器人H1通用人形機器人復用公司在四足機器人積累的控制技術和模型處理來自IMU等傳感器數(shù)據(jù)，并配有3D

激光雷達+深度相機，實時獲取高精度的空間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全景掃描。小米CyberOne

機器人所搭載的Mi-Sense

深度視覺模組是由小米設計，歐菲光協(xié)同開發(fā)完成，

而據(jù)歐菲光公開的資料，其機器視覺深度相機模塊主要由

iToF

模組、

RGB

模組、可選的

IMU模塊組成。上海智元機器人遠征A1內置

RGBD

相機、激光雷達、IMU

和麥克風陣列，全身擁有

49

個自由度，在各種復雜場景下自主完成移動和操作任務。敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告目錄IMU位置和姿態(tài)控制核心MEMS

IMU在自動駕駛領域放量在即MEMS

IMU卡位人形機器人MEMS

IMU市場空間廣闊建議關注公司風險提示證券研究報告研咨詢，中汽協(xié)，華安證券研究所整理資料來源：智246028032888280825772531270027602840291030004.73%13.94%3.03%-2.77%-8.23%-1.79%6.68%2.22%2.90%2.46%3.09%-10.00%-5.00%0.00%5.00%10.00%15.00%0500100015002000250030003500

20.00%20152016201720182022E2023E2024E2025E2019 2020市場規(guī)模（萬輛）2021E增長速率華安證券研究所27敬請參閱末頁重要聲明及評級說明自動駕駛領域市場情況目前來看，我國量產(chǎn)乘用車自動駕駛等級正在由L2向L3過度。未來市場發(fā)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(tǒng)汽車行業(yè)正面臨著變革與轉型，行業(yè)迎來新的發(fā)展機遇。根據(jù)中汽協(xié)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%。圖表24

中國汽車市場歷年銷量及趨勢預測證券研究報告4.2

人形機器人領域市場情況華安證券研究所28敬請參閱末頁重要聲明及評級說明資料來源：各公司官網(wǎng)，恒州誠思，GGII，華安證券研究所整理在中國市場上，人形機器人市場規(guī)模較小，但增長速度非?？?。恒州誠思報告顯示，2019年中國人形機器人市場規(guī)模大約為9.6億美元，預計到2025年將達到30億美元，折合人民幣200億，復合年增長率高達19.7%。根據(jù)2023年5月GGII發(fā)布的報告預測，到2030年全球市場規(guī)模有望突破200億美元。參考中國服務機器人市場約占全球市場25%的數(shù)值測算，2030年中國人形機器人市場規(guī)模將達50億美元，折合人民幣350億。人形機器人市場在全球范圍內處于高速發(fā)展階段，未來市場增長潛力巨大。雖然中國市場規(guī)模相對較小，但增長速度非常快，未來有望成為全球人形機器人市場的主要增長之一。圖表25

人形機器人產(chǎn)品定價機器人產(chǎn)品定價宇樹

H1低于9萬美元（約合65萬人民幣）小米Cyberone成本60-70萬上海智元

遠征A1長遠目標將硬件成本控制在

20

萬元以內特斯拉

Optimus未來有望低于2萬美元波士頓動力

Atlas約200萬美元優(yōu)必選

Walker

X全世界第一款把成本做到10萬美金的大型仿人機器人證券研究報告4.3

IMU市場空間測算資料來源：麥肯錫，智研咨詢，36氪，

IHS

Markit，華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所29我們預計2025年人形機器人IMU應用發(fā)展成熟，每臺機器人需要4顆IMU提高機器人的精度，用來達到控制身體姿態(tài)、頭部穩(wěn)定補償以及身體穩(wěn)定的效果，而不只是目前初期的簡單移動。保守估計下2025年自動駕駛L3及以上滲透率為10%，人形機器人出貨量為50萬臺；樂觀估計下2025年自動駕駛L3及以上滲透率為20%，人形機器人出貨量為100萬臺。IMU初期價格較高，未來隨競爭對手增多，我們預計未來有望降到單價300的價值量，在預測中分別按照單顆IMU1000元、500元、300元測算。圖表26

中國IMU2025年市場空間保守測算圖表27

中國IMU2025年市場空間樂觀測算應用領域預計2025年出貨量（萬臺）單臺IMU數(shù)量IMU價值量（億元）單價1000元單價500元單價300元自動駕駛L3及以上300130159人形機器人50420106合計/502515應用領域預計2025年出貨量（萬臺）單臺IMU數(shù)量IMU價值量（億元）單價1000元單價500元單價300元自動駕駛L3及以上6001603018人形機器人1004402012合計/1005030證券研究報告4.4

IMU產(chǎn)業(yè)鏈資料來源：華安證券研究所整理敬請參閱末頁重要聲明及評級說明華安證券研究所30IMU中的MEMS陀螺儀按照零偏穩(wěn)定性的指標劃為消費級（>15°/h）、戰(zhàn)術級（0.15-15°/h）、導航級（0.01-0.15°/h）、戰(zhàn)略級（<0.01°/h）。目前國內在消費級完全自主可控，戰(zhàn)術級達到1°/h以內的精度之后完全依賴于海外進口，國產(chǎn)替代自主可控成為關鍵；目前主要的應用場景為自動駕駛L3級以及以上的水平、人形機器人所需要的IMU芯片精度需要達到1°/h以內。IMU上游芯片：海外廠商主要包括霍尼韋爾、TDK、ST、Silicon

Sensing等；國內，芯動聯(lián)科目前唯一能夠生產(chǎn)高精度MEMS傳感器的國內廠商，此外正在布局自動駕駛L3級以及以上所需的IMU芯片的廠商還包括上海矽?？萍?、深圳深迪半導體。IMU模組：直接生產(chǎn)IMU模組的廠商，海外主要包括TDK、ST、霍尼韋爾等；國內包括芯動聯(lián)科、蘇州固锝。IMU下游慣導：海外廠商主要包括U-Blox、霍尼韋爾、ADI、

諾斯羅普格魯曼（Northrop

Grumman）；國內包括中海達、華測導航、華依科技、星網(wǎng)宇達、理工導航。敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告目錄IMU位置和姿態(tài)控制核心MEMS

IMU在自動駕駛領域放量在即MEMS

IMU卡位人形機器人MEMS

IMU市場空間廣闊建議關注公司風險提示敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告華安證券研究所建議關注公司32資料來源：同花順iFinD，華安證券研究所整理圖表28：建議關注公司（截止至2023.10.19收盤）股價（元）2022A2025E2022A34.700.29華測導航

300627.SZ28.76華依科技

6公司 代碼芯動聯(lián)科

688582.SHEPS（元）2023E 2024E0.40 0PE（倍）敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告目錄IMU位置和姿態(tài)控制核心MEMS

IMU在自動駕駛領域放量在即MEMS

IMU卡位人形機器人MEMS

IMU市場空間廣闊建議關注公司風險提示敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告華安證券研究所風險提示研發(fā)進度不及預期；宏觀經(jīng)濟景氣度不及預期；測算市場空間的誤差風險；研究依據(jù)的信息更新不及時，未能充分反映公司最新狀況的風險。34敬請參閱末頁重要聲明及評級說明證券研究報告華安證券研究所重要聲明及評級說明35重要聲明分析師聲明本報告署名分析師具有中國證券業(yè)協(xié)會授予的證券投資咨詢執(zhí)業(yè)資格，以勤勉的執(zhí)業(yè)態(tài)度、專業(yè)審慎的研究方法，使用合法合規(guī)的信息，獨立、客觀地出具本報告，本報告所采用的數(shù)據(jù)