人形机器人专题3：IMU传感器专题正式版.docx

专业I领先I深度I诚信感器专题中泰证券研究所证券研究报告人形机器人专题3：IMU传I2023.12.31I分析师：曾彪S0740522020001研究助理：农誉nongyu传感器概述研究所中泰证券Zhuhuiai“wraia目3/CCONTCONTENTS中泰NTSi传感器概述各类传感器分类A人形机器人的“感知器官”：传感器。作为一种检测装置，传感器能够感知到被测量信息，并将感知到的信息，按一定规律转换成各种形式的信息（电信号）进行输出，使所感知的信息得以达成传输、处理、存储、显示、记录和控制等目的。内部传感器外部传感器位置嗅觉气体&气、传感器速度触觉力&触觉传感器加速度语音/听觉麦克风力/力矩味觉/体感温度&湿度传感器压力视觉CMOS激光传感器、红外线感应器.姿态接近电感、电容、超声波传感器内部传感器：测量机器人自身状态，通过测量运动学和力学量，使机器人具备识别自身运动状态，并使按照预设的位置、轨迹和速度等参数控制肢体进行摆动、行走、维持平衡等运动；外部传感器：测量机器人自身所处的外部环境，以及进行本体与外部环境之间的信息交互。11月2日，工信部印发人形机器人创新发展指导意见，引导行业聚焦、突破视觉（集成高精度仿生眼与类脑处理算法）、听（宽频响、高灵敏的仿生听觉传感器）、触觉（高分辨率和具有多点接触检测能力的仿人电子皮肤）、嗅觉（高灵敏、可检测多种气体）等人形机器人专用高精度传感技术。资料来源：中泰证券研究所传感器市场规模市场规模A传感器全球市场规模A传感器市场份额：应用类别&市场（2022年）压力传感若，4.44%触觉传感器，2.44%中东、非洲，5%拉丁美洲，3%生物传感光学传感11.43%器,3.91%RFID,_3.42%图像传再霹，5.37%温度传感a,3.13% 根据PrecedenceStatistics的预测，2026年，全球传感器市场规模将达到2946.7亿美元（按23年111月平均汇率接近2.07万亿人民币），20222026年复合增长率达9.52%； 行业增速得益于监控摄像头、消费电子产品、视频游戏等领域日益增长的需求，以及新能源技术和物联网技术的普及带来的增量。生物传感器是占据最大份额的应用类别，其组成包含生物敏感元件，能够识别抗体、酶、核酸等生物物质，广泛应用于微生物监测、食品分析等领域；按地域做区分，亚洲占据最大的市场，占比接近40%,由于核心的消费电子制造商集中在中国、韩国、日本和印度等亚太地区，随着5G、智慧城市的兴起，预计该区域持续拉动传感器需求的增长。资料来源：PrecedenceStatistics,中泰证券研究所智能传感器成为产业趋势市场规模智能传感器：集成了微处理机，相较由敏感、转换元件和变换电路组成的传统传感器，在满足采集、处理需求的同时，还具备与外部系统双向通信、交换信息的能力。智能传感器市场规模（亿元）根据头豹研究院预测，2026年，全球智能传感器行业营收规模将达到4494亿元，20222026年复合增长率达11.55%,其中，中国智能传感器行业营收规模将达到1610.9亿，年复合增长率8.85%;从下游应用场景看，2022年，汽车电子、工业制造和消费电子占据超过65%的市场份额，随着5G、Al和物联网技术的发展，智能传感器有望在医疗、家居、公共服务等领域得到更广泛的应用。资料来源：资产信息网，头豹研究院，中商产业研究院，中泰证券研究所中泰证券V(LZZMUHUlAfSUAiraittJb目号2ccont人形机器人惯量传感器CONTENTS中泰NTS看观究所TeslaOptimus人形机器人进展TeslaOptimus人形机器人»2023年9月24日，特斯拉在其官方推特更新了人形机器人产品C)PtimUS的进展，根据最新的展示录像，可以看到机器人的感知能力再度实现升级：OPtinUlS已经具备了对物件的自主识别和筛分的能力，并且可以实现肢体位置的精准校准、平衡运动姿态控制。IMU,力传感器、视觉传感器等多种传感器融合，通过数据间的特征提取、关联实现互补和校准；肢体状态定位、校正：视觉传感器&关节处的位置传感/编码器瑜伽伸展：IMU是保持平衡和姿态控制的关键复杂的肢体动作：力/力矩传感器是稳定控制力量&摆动的核心惯性传感器：IMUIMU概述AlMU(InertialMeasurementUnit),又称为惯性测量单元，与MEMS加速度计、陀螺仪同属于MEMS惯性传感器(MEMS代指微机电系统)，它是由两个及以上惯性测量MEMS芯片及ASIC芯片合封而成，通过检测运动加速度、旋转角速度等参数来来感知物体的运动姿态和位移等信息。加速度计陀螺仪磁力计IMU原理：利用牛顿第二定律F=ma测量加 速度大小并将其转化为电信号。如图示 电容式的微型化弹簧等效系统，与弹簧 相连的橙色重物哽到加速度作用时发生 位移，绿色极板间的电容C1、C2发生 变化被检测并转换成电信号榆出；测量：加速度，用于测量振动、冲 击、方向和速度等。原理：角动量守恒定律，科里奥利效 应。如图示等效微型电容系统，当传 感器旋转时，橙色质量块受惯性产生 力矩，因而向某一方向偏转，电容变 化产生电信号，被转化为角速度输出。测量：旋转角速度，用于导航、姿亳 控制和稳定系统等。原理：友尔效应。电子在导体板流通 过程，外部磁场的存在会使导体板中 的电子分布发生变化，因此导体板两 端测量到的电压也会发生变化，该信 号被检测到并转换为磁场的强度和方 高信息输出。测量：空间磁感应强度原理：将一个三轴陀螺仪、三轴加速 度计集成在同一个芯片中，构成六轴 IMU,或者进一步与三轴磁力计集成, 构成九轴IMU测量：加速度、位量和姿态资料来源：HowToM,中泰证券研究所关键组成部分：加速度计&陀螺仪分类A根据惯性传感器的核心性能参数，可区分为战略级、导航级、战术级、消费级，各层级加速度计、陀螺仪适配对于的应用领域。类别分级搴偏稳定性标度因数精度角度厩机游走应用领域类别示例(MEMS)Ch)(ppm)(h)战略级<5<10-航天，航海，自校准机械接式、石英、加速度计加速度计导航级5-50<500-航空，长航时无人系统机械摆式、石英、MEMS加速度计战术级50-1000<1000高端工业（如测绘，资源勘探）、车辆和飞行体MEMS石英加速度计消费级>1000>1000消费电子MEMS加速度计战略级<0.01<1<0.01航天，航海机电、激光、光纤陀螺仪陀螺仪导航级0.01-0.151-1000.01-0.05航空，长航时无人系统激光、光纤、MEMS战术级0.15-15100-10000.05-0.5高端工业（如测绘，资源勘探）、车辆和飞行体激光、光纤、MEMS消费级>15>1000>0.5消费电子MEMS陀螺仪备注衡量一个工作周期内，当加速度、角速率为零时，输出值围绕其均值的偏离程度表征温度变化、非线性、重复性等影响因素，数值越小测量精度越高反映角速率信号中白噪声，数值越小代表误差越小，测量精度越高-MEMS加速度计、陀螺仪具备高集成化、小型化的特征，覆盖消费级-导航级应用范围，由于战略级产品定位于系统复杂、高价值的应用平台，特点是体积大、价格高、抗机械冲击能力差，大规模量产能力有限，制约平台小型化，智能化发展；资料来源：芯动联科招股说明书，TDK产品介绍，中泰证券研究所1009080706050403020100；市场规模AMEMS下游应用市场规模&占有率（2028年）2028年（亿美2022年（亿美元）元）预计至2028年，消费、汽车、工业应用占据MEMS市场接近85%的份额，其中汽车领域市场规模迅速增长，由2022年的27亿美元增长至2028年的41亿美元。MEMSMEMS市场规模预测AMEMS市场规模预测 根据YoIelntelIigenCe预测数据，MEMS传感器的市场规模将从2022年的145亿美元增长至2028年的196亿美元，年复合增长率5%; 其中，预计陀螺仪的单独销量持续降低，而集成化的IMU产品市场规模扩大，从2021年的18.3亿美元增长至2027年的资料来源：YoleIntelligence,中泰证券研究所惯性传感器IMU行业格局A产业格局：2021年IMU市占率&公司总营收规模对比MEMS产业链及行业格局AMEMS传感器产业链环节FableSS模式：r蔑片谀计.晶圆制造r封装测试、台积电中芯国际敏芯股份芯动联科应美盛苏州固铸华天科技IDM模式:北方电子院安徽公司日月光半导体北方电子皖安徽公司垂直整合制造商博世(Bosch)意法半导体(STMiCrOeIeCtrOniCS)亚德诺半导体(AnalogDeviceslnc.,ADI)霍尼韦尔(HoneyweII)其他,12%霍尼韦尔(HoneyweII),7%亚德诺半导体(ADD,6%TDK株式会社,20%博世(Bosch),35%意法半导体(ST),20%I公司国家2022年总收入/亿单位汇率(2023.11.18)2022总收入/|亿人民币I博世德国884欧元7.866948.2ST瑞士161.3美元7.241167.8TDK日本19021日元0.048913.0ADI美国120.14美元7.24869.8Honeywell美国354.66美元7.242567.7敏芯科技中国-292.65芯动联科中国-226.86MEMS行业有FabIeSS(无晶圆厂制造模式)和IDM(垂直分工模式)两种经营模式；IDM对企业资金和业务规模、技术水平要求较高，需要具备独立覆盖芯片设计到产品制造的所有环节，博世、ST、ADLHOneyWeIl等国际大型半导体企业采用该模式。IMU市场集中度高，博世、ST、TDK、ADkhoneywell<海外厂家占据接近88%的市场份额，国产厂家在业务规模和收入体量上相对较小。资料来源：芯动联科、明幅传感招股说明书，YoleIntelligence,中泰士中泰证券Zhuhuiai“wraia目号3ccontIMU产业链主要公司梳理CONTENTS中泰NTSq之研究所IMU行业新增量:自动驾驶传统汽车电子领域MEMS传感器已经广泛的应用于汽车电子领域。自动驾驶&IMU：惯性导航产品性质实现