国家“十五五”规划中，“具身智能” 被明确列为需前瞻布局的未来产业之一，而人形机器人作为其重要的组成部分和落地载体，相关产业的发展与应用也得到了积极的推动。2024 年中国人形机器人产业规模 27.6 亿元，同比增长 53.3%。2025 年人型机器人被业界定义为 “量产元年”，预计全球具身智能市场规模将突破 195 亿元，中国占比 27%。长期来看，随着大模型与物理智能融合深化，2031 年市场规模有望突破万亿元。

在具身智能体应用的众多传感器中，IMU（惯性测量单元）/AHRS（航姿参考系统）的地位非常独特且不可替代，它需要一个可靠、高频、不受外部干扰的“内在感知”器官，这是其实现与物理世界交互的基础。我们可以将其定位为“基础的状态基准提供者”与“高频控制的核心传感器”。如果说摄像头、激光雷达（LiDAR）是机器人的“眼睛”，用于感知外部世界，那么IMU/AHRS就是机器人的 “小脑”和 “前庭系统” ，负责感知自身的运动、平衡和空间姿态。我们可以把IMU/AHRS比作机器人的“小脑”和“前庭系统”：

· 大脑（主控/AI模型）：负责思考、规划和决策（“我要走到生产线前”）。

· 眼睛（摄像头/LiDAR）：提供丰富的环境信息（“零部件在生产线传送带上”）。

· 小脑和前庭系统（IMU/AHRS）：负责维持身体平衡、感知自身运动轨迹和姿态（“我正在向前倾，速度在加快，身体有点歪了”）。 

如果没有这个“小脑”，机器人的行为将是灾难性的。具体来说，IMU/AHRS在具身智能中解决了以下几个关键问题：

1. 填补感知“空白”与应对“失效”场景

视觉等外部传感器有其固有缺陷，而IMU/AHRS能完美弥补。

· 应对视觉失效：

o 快速运动时模糊：机器人快速转身或移动时，摄像头图像会变得模糊，无法用于定位。高频响应的IMU在此期间能提供连续的运动数据，填补空白。

o 光照剧变或黑暗：突然进入黑暗环境或强光直射时，摄像头暂时“失明”。IMU不受光照影响，持续稳定工作。

o 纹理缺失或特征重复：在白色墙面、长走廊等缺乏特征的环境中，视觉里程计（VSLAM）容易失败。IMU提供的运动增量是至关重要的补充。

· 应对LiDAR失效：

o 透明/反光表面：玻璃门、镜面会让LiDAR产生错误数据。

o 烟雾、灰尘：这些会吸收或散射激光，导致点云稀疏。

o 运动畸变：LiDAR本身扫描需要时间，如果机器人自身在运动，点云就会产生畸变。IMU的高频数据正是纠正这种运动畸变的关键。

2. 提供高频、低延迟的动态响应

这是控制环路所必需的。

· 平衡控制：如人形/四足机器人在行走时，姿态变化发生在毫秒级。IMU能以数百甚至上千赫兹（Hz） 的频率提供身体的三轴角速度和三轴加速度，控制器利用这些数据快速调整关节力矩，防止机器人摔倒。普通摄像头的频率通常只有30-60Hz，完全无法满足实时平衡的需求。

· 敏捷运动与防抖：对于无人机或移动机器人，突然的阵风或地面不平整需要立刻响应。IMU能瞬间感知到这种扰动，并触发控制器进行补偿，保持航向或姿态的稳定。

3. 实现精确的位姿估计与融合

单一的传感器都不完美，但与视觉/LiDAR融合（视觉惯性里程计VIO / LIO）融合在一起就能产生“1+1>2”的效果。

· 尺度不确定性：单目摄像头无法感知真实世界的尺度。IMU测量的加速度通过二次积分可以得到位移，从而为视觉估计提供绝对的尺度信息。

· 重力方向：IMU（特别是AHRS）能非常准确地估计出重力向量。这不仅帮助机器人理解哪边是“上”，还为整个SLAM系统提供了一个稳定的俯仰和横滚基准，极大地提高了定位精度。

· 平滑估计：视觉估计的结果可能会有跳跃，而IMU数据可以提供平滑的运动先验，使得最终的轨迹估计更加连续和平滑。

4. 提供绝对的重力与航向基准

这是AHRS的独特价值。

· 重力基准（Attitude）：AHRS直接输出俯仰（Pitch）和横滚（Roll）角。这个姿态是相对于大地水平面的，是一个绝对的、不受漂移影响的参考。这对于机器人判断地面坡度、保持直立姿态至关重要。

· 航向参考（Heading）：AHRS融合了磁力计数据，高精度磁力计能感知地球磁场矢量，通过分解磁场分量并计算角度，可以提供相对于地理北极的航向角。虽然这个航向角会受到磁场干扰，但在判断出磁场干扰情况下，传感器会自动降低磁力计权重或舍弃磁力计数据，通过陀螺仪积分得到可靠的航向角，它为机器人提供了一个宝贵的绝对方向基准，同时也能防止陀螺仪长时间积分导致的航向漂移。

总之，具身智能体必须与物理法则实时互动。IMU/AHRS是其唯一能不受外部环境影响、独立感知自身运动状态的传感器。 它不仅是实现稳定、敏捷运动的基石，也是提升其他传感器（视觉、激光）性能的关键赋能者。因此，在任何一个追求高性能、高可靠性的具身智能系统中，IMU或AHRS都不是一个“可选配件”，而是一个不可或缺的核心传感器。

标签： 人型机器人 具身智能 传感器 惯性测量单元（IMU） 航姿参考系统（AHRS)）