一、事件驱动
1、2023年9月，工信部官网发布《关于组织开展2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作的通知》，面向元宇宙、人形机器人、脑机接口、通用人工智能4个重点方向。其中《人形机器人揭榜挂帅任务榜单》提到：
（四）MEMS姿态传感器
揭榜任务：面向人形机器人姿态控制对高性能、小型化姿态传感器的需求，突破传感器小型化结构设计、陀螺仪高精度加工工艺、智能响应姿态解算等关键技术；研制基于MEMS惯性器件的高性能姿态传感器；研究减小传感系统体积重量，降低功耗，提升传感器抗振动、抖动能力以及传输性能的方法；发展低成本、规模化传感器生产制造方法，推动新型MEMS姿态传感器在人形机器人上的产业化应用。
预期目标：到2025年，完成高性能、低成本的MEMS姿态传感器研制，具有较强的抗振动和抖动性能，俯仰角和横滚角静态精度为0.1°，零偏稳定性（1σ，10s平滑）不低于0.3°/h，MEMS姿态传感器具有强的鲁棒性和智能稳定算法。
二、什么是MEMS？
MEMS，即微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System），本质上是一种微制造技术。利用大规模集成电路制造技术和微加工技术，把微传感器、微执行器、微结构、信号处理与控制电路、电源、通信接口等集成在一片或者多片芯片。基于MEMS技术制造的芯片有低功耗、小型化、智能化的特征，是MEMS传感器和执行器的核心。
MEMS主要分为MEMS 传感器和 MEMS 执行器。传感器可感知和测量物体的状态和变化，并将被测量的状态和变化转变为电信号等；执行器将控制信号转变为微小机械运动或机械操作。
根据明皜传感招股书，具体分类如下：
（一）MEMS传感器
MEMS 传感器，是使用最广泛的 MEMS 产品。通过微传感元件和传输单元，将输入的信号转换，并导出另一种可监测信号。与传统工艺制造的传感器相比，具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、 易于集成、实现智能化等特点。
根据芯动联科招股书，MEMS 传感器工作原理如下：
（二）MEMS加速度计
MEMS 加速度计，是惯性传感器基础核心器件之一，主要用于感知物体运动的线加速度。
根据感测原理，分为压阻式、电容式以及热式等类型。电容式MEMS加速度计凭借高灵敏度、高精度、低温度敏感等特点，占据市场主导地位。举几个典型例子：（1）智能手机：实现基本的横竖屏切换、活动检测、动作识别等；（2）智能穿戴：在TWS耳机、智能手表等可穿戴设备中实现敲击检测、睡眠检测、抬手亮屏等功能；（3）汽车后装：用于汽车后装行车记录仪和车载定位器中，实现碰撞检测和唤醒行车记录仪等功能。
（三）MEMS陀螺仪
MEMS陀螺仪，是惯性传感器基础核心器件之一，主要用于感知物体运动的角速率。具体用于导航定位、姿态感知、状态监测等领域。
与传统机械陀螺仪相比，MEMS陀螺仪优势包括：（1）更小、更轻，在追求小尺寸和轻量化的领域意义较大；（2）微细加工工艺，比传统陀螺仪更具成本效益；（3）功耗更低；（4）损耗更小，可靠性更高。
（四）MEMS磁力计
磁力计，是测量地球磁场并提供航向的传感器。除勘探、军事等传统应用，MEMS技术使磁力计体积更小并且可以非常低的成本集成到集成电路中，因此广泛应用于智能手机、平板电脑等领域。
三、MEMS 惯性传感器产业链
MEMS惯性传感器产业链可划分为上游器件（含设计、生产、封装、标定测试等）、中游模组、下游系统、终端应用。根据芯动联科招股书，产业链图如下：
芯片、组件等元器件位于产业链上游，作为基础核心惯性元器件提供给产业链中游惯性模组厂商使用的；同时，与卫星等其他导控模块形成惯性导航系统、组合惯性系统等；最后，由下游应用端客户集成在相关设备中发挥惯性导航、惯性测量和惯性稳控的作用。
1、惯性导航：惯性导航系统的核心器件是陀螺仪和加速度计。其不借助外源信息，不向外发送信号，还可与卫星导航结合使用，具备以下主要优势：在开放环境中使用卫星定位确定绝对位置，利用惯性导航提高位置更新速率；在隧道等卫星信号较弱的场合，切换至惯性导航来提供定位信息。
2、惯性测量：惯性测量系统是利用陀螺仪、加速度计等惯性敏感元件和电子计算机测量载体相对于地面运动的角速率和加速度，以确定载体的位置和地球重力场参数的组合系统。目前已被应用于石油测斜、城市测绘、地质监测、寻北仪表等领域。
3、惯性稳控：惯性稳控是通过连续监测系统姿态与位置变化，利用伺服机构动态调整系统姿态，使被稳定对象与设定目标保持相对稳定的装置。常见的惯性稳控包括动中通天线，光电吊舱，摄像平台等。
四、惯性测量单元 IMU
MEMS 加速度计，MEMS 陀螺仪，单独使用时，会因为各种原因，影响测量精确度。所以，如果需要准确确认设备的运动状态，通常组合使用三轴磁传感器、三轴加速度计和三轴陀螺仪，即为六轴IMU或九轴IMU。
IMU，（Inertial Measurement Unit，惯性测量单元） 是由两个及以上惯性测量MEMS 芯片及ASIC芯片合封后具有完整功能的器件。根据内置传感器不同，分为六轴和九轴 IMU。6轴IMU通常包含一个三轴陀螺仪和一个三轴加速度计；9轴IMU是在6轴基础上叠加一个三轴磁力计。
IMU的基本原理是利用加速度计、陀螺仪、磁力计等内置传感器估计IMU 的位置和方向，从而得到安装了IMU的各个身体部位的位置和方向。优势是无需外部摄像头；劣势是内置传感器存在漂移问题从而影响精确性。
（一）IMU在人形机器人中的应用
总的来说，减重、降本、批量化生产是人形机器人产业化的必由之路。MEMS IMU在此大背景下的优势得到放大：MEMS 技术天然具有低成本、小体积、易于批量化生产的优势；IMU产品形态天然具有尺寸小、功耗低、高集成化等优势。
目前来看，IMU是辅助人形机器人实现双足运动的可行性最高的方案，能有效规避障碍物遮挡问题和复杂运动的执行问题。精确性的不足，可通过开发适当的滤波器来减少漂移。具体而言，IMU可承担人形机器人惯性导航、惯性测量、惯性稳控等功能，具体原理同上文所述。
目前已有多个机器人产品采取了IMU与其他传感器配合的方式进行感知。优必选搭载了高精度惯导传感器；小米Cyberdog也配备有惯性测量单元，与其他传感器配合使用，实现实时定位与地图构建；宇树机器人H1复用公司在四足机器人积累的控制技术和模型处理来自IMU等传感器数据，并配有3D 激光雷达+深度相机，实时获取高精度的空间数据，实现全景扫描。
（二）IMU在自动驾驶中的应用
为了实现自动驾驶，精确又可靠的位置信息不可或缺。与其他导航系统相比，IMU主导的惯导系统具有信息全面，完全自主、高度隐蔽、信息实时与连续，不受时间、地域限制、不受人为因素干扰等重要特性，在城市峡谷或森林道路中，IMU不会受到多路径效应或信号衰减的影响。
在自动驾驶汽车失去卫星信号，无法由GPS提供绝对定位时，IMU可延续绝对定位的作用，为汽车提供实时经纬度和海拔高度等信息。
在遇到强烈太阳光照射，使车道线识别功能失效时，IMU可发挥其延续相对定位的作用，根据历史记录中的道路曲率与汽车相对于车道边界的历史位置，确保汽车在一段时间继续行驶在车道中。
由于IMU不需要任何外部信号，可以被安装在汽车底盘等不外露的区域，对抗外来的电子或机械攻击；相比视觉、激光和毫米波必须接收来自汽车外部的电磁波或光波信号，避免了被信号干扰而致盲。
五、重点公司梳理
敏芯股份：主要产品包括MEMS声学传感器、MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器、MEMS力传感器、MEMS流量传感器等。六维力传感器方面，公司仍处于研发阶段；
苏州固锝：参股明皜传感是国产MEMS加速度计传感器的主要供应商之一，产品包括加速度计传感器、力度传感器、温度传感器等；公司主要产品为各类半导体二极管，具备全面二极管晶圆、芯片设计制造及二极管封装、测试能力；子公司苏州晶银是导电银浆供应商；
芯动联科：公司自研高性能MEMS 惯性传感器产品已达到其同类产品的性能等级，在 MEMS 惯性传感器领域处于国际先进水平；利用目前在高性能 MEMS 惯性传感器方面的优势，服务于高端工业、无人系统、高可靠等领域，研发出多品类工业级、汽车级 MEMS 惯性器件，成为高性能 MEMS 传感器行业领导者；
康斯特：主营数字检测仪器设备研产销，提供高性能和高可靠性的压力、过程信号、温湿度校准测试产品解决方案。在传感器的测评和补偿算法方面处于国际领先水平，正加速进行多结构传感器开发与产线设计；加速布局 MEMS 压力传感器及垂直制造项目；。
安培龙：公司压力传感器包括陶瓷电容式压力传感器、MEMS 压力传感器以及玻璃微熔压力传感器；
赛微电子：全球领先的MEMS芯片专业制造厂商，为全球通信、生物医疗、工业汽车、消费电子等客户提供一流的MEMS工艺开发及晶圆制造服务；已实现MEMS微振镜的批量生产，产能爬坡正在持续进行中；
华依科技：目前公司IMU产品主要应用于汽车智驾领域，相继获得奇瑞和智己汽车定点；
灿瑞科技：主营来源于智能传感器芯片、电源管理芯片和封装测试服务；自主开发的三轴磁力计通过单颗芯片实现高精度、低功耗、高数据输出速率，可适用地磁原理的停车检测、无人机导航、室内导航、机器人、AR/VR等。
本文主要参考：
1、柯力传感2019年招股说明书；
2、明皜传感2023年6月科创板招股书；
3、芯动联科2023年6月科创板招股书；
4、敏芯股份2020年8月科创板招股书。
谢谢点击，欢迎交流，共同进步~
- 1
- 2