《人形机器人专题3：IMU传感器专题正式版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人形机器人专题3：IMU传感器专题正式版.docx（46页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、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
2、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
3、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
4、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
5、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T
6、eslaOptimus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(InertialMeasurementU
7、nit),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
8、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
9、，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510-航天，航海，自校准机械接式、石英、加速度计加速度计导航级5-50500-航空，长航时无人系统机械摆式、石英、MEMS加速度计战术级50-100010001000消费电子MEMS加速度计战略级0.0111510000.5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
10、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。M
11、EMSMEMS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
12、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0.048913.0A
13、DI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公司MEMS陀螺仪业务收入逐年增长，2023年Hl该业务占总营收比例接近八成。根据YoleIntelligence统计，2021年MEMS
14、陀螺仪覆盖工业级、战术级应用领域，其中在工业级应用领域占据接近86%的市场份额，在战术级和导航级应用领域，激光、光纤陀螺仪分别占据了78%和92%的市场份额。公司高性能MEMS陀螺仪产品覆盖消费级、战术级、导航级,应用领域包括车辆、飞行器的惯性导航和平台稳定，已经微纳卫星的姿态感知和机器人的状态监测；随着高性能MEMS陀螺仪技术成熟度提升，应用场景逐步拓宽，有望进一步渗透至以激光、光纤陀螺仪为主导的战术、导航级应用领域。资料来源：芯动联科招股说明书，中泰证券研究所MEMS陀螺仪领衔者持续进行研发投入，维持核心竞争力B计盘人/万元内容选展工业级陀螺仪6,630国内首款小尺寸(6*8*3mm)、低
15、功耗单片集成Z轴、三轴MEMS陀螺仪，用于自动驾驶、机器人、无人机等开发阶段高性能Z轴MEMS陀螺2,880仪4代下一代导航级Z轴MEMS陀螺仪，比目前在售最高性能陀螺指标提升一个量级脸证阶段MEMS惯性导航系统3,950L3+自动驾驶的六轴惯性测量单元开发阶段功能安全6轴IMU6,450自动驾驶的高性能MEMSIMU开发阶段持续加大研发投入: D现有产品性能提升，开发四代陀螺仪，目标实现高精度、高可靠、小型化的导航系统； 2)拓宽产品丰富度，重点投入方向为车规级MEMS陀螺仪、IMU产品，应用于自动驾驶、机器人等领域：在研项目涵盖压力传感器、FM加速度计、光衰减器微镜等品类。芯动联科：国产高
16、性能芯动联科A高性能MEMS陀螺仪产品达到国际领先水平公司型号MEMS设计体构电路设计粉点零偏稳定性HoneywellHG4930设计结构：双质量块音叉结构分立电路，开环控制工作模式可实现正交误差补偿0.25o/hADIADIS16547设计结构：双质ASIC电路.量块音叉结构修空制工可实现正交误差补偿1./hNorthropGrumman在研设计结构：四质量块音又结构在研可实现正交误差补偿，模态匹配，自校准0.021o/h芯动联科陀螺仪33系列HC-L2设计结构：四质ASIC电路，量块全解耦音叉开环控制工结构作模式全硅MEMS芯片工艺，可实现正交误差补偿，模态匹配，标度因素自补偿，自校准，耦
17、合消除0.05/h根据YoIe数据，全球高性能MEMS惯性产品市场份额集中在HoneyWeIl、ADI、NorthropGrumman,三家分别占据34%13%8%,公司高性能MEMS陀螺仪在性能指标上相较国际领先品牌具备一定的竞争力；六轴IMU产品已对某知名智能电动汽车客户进行A样交付，规划于2024年量产，预计主要两个品牌年用量在10万套以上；同时对某无人驾驶应用领域的客户，已完成项目定点和小批量交付。资料来源：芯动联科招股说明书，YoleIntelligence,中泰证券研究所芯动联科A纵向拓展封装领域，完善公司产业链环节，降低产品成本MEMS封装截面示意图引线键合封装投入总投资约2.2
18、2亿元，其中固定资产等长期资产合计约1.77亿元,占比约80%预期建成到投产共计3年规划1）建设一条先进封装生产线，实现惯性传感器和压力传感器的封装生产，并可实现定制化封装：2）提升公司现有测试技术水平，购置新设备、斫发新技术，使公司具备圆片级的测试能力3）扩大测试产线的产能，建设测试产线以及扩大现有产品测试产能，进而与封装产线的产能匹配项目MEMS器件封装测试基地建设货目20MEMS产品封装涉及晶圆切割、芯片贴片、引线键合、盖壳等工序，属于产业链后端工序，但却对产品的尺寸、形态以及性能影响较大，决定产品能否与应用终端实现更好融合；由于MEMS传感器的封装设计高度定制化，将封装工序委外的Fab
19、IeSS厂家，在面对市场的新需求、新产品开发时，可能存在封装代工厂对新产品的封装需求响应速度较慢，由于产线参数调整造成高废品率和高成本等问题。 公司MEMS器件封装测试基地建设项目已经完成备案工作，相较于封装代工厂商，只面向自身产品需求，能够保障公司产品出货的及时性，同时，通过将产品工艺设计与封装工序反复调试，相互契合，能够提高生产效率； 本项目落成后，公司将具备规模化的封装、测试能力，产业链得到进一步完善，在对产品的交付能力增强的同时，提高产品质量的把控力，通过规模化也可以大幅降低产品的生产成本，进一步提升市场竞争力。资料来源：武汉大学工业科学研究院，芯动联科招股说明书，中泰证券研究所明靖传
20、感：先进的工艺平台&稳定可靠的供应链明编传感（苏州固得持股21.63%）A公司晶圆级3DMEMS-CM0S微加工工艺构建加工工艺平台Mi速度计时装量咬技未IMVJMG军竽介技A*iUttit .M 汨构 Iui*!冲上性1等名*犊C技术加速度环金门动校淮试仪体化技本MEMS力度传IBWMWfttt用技木装体化技术VMitt.MifilZMIH楼站内丁抬GL利枝木. 公司的MEMS加速度计由CMOS衬底、MEMS机械结构和晶圆级封装硅帽三片硅晶一体成型制成，中间MEMS机械结构层将运动状态的变化转变为电容变化，电容信号通过硅通孔传递到CMOS衬底中； 实现了标准8寸CMOS晶圆生产工艺与MEMS
21、晶圆生产工艺的兼容，属于区别于模组式封装的3D封装工艺，可以把寄生电容电阻做到最小化，在减少封装金线，降低成本的同时，还可以给芯片更多设计空间。 平台赋予车规级加速计产品高一致性、高良率和低失效率，已顺利导入东软集团、比亚迪等汽车级客户； 产品逐步丰富：基于三维MEMS-CMOS微加工工艺的平台，可满足包括加速度计、陀螺仪、IMU等多种MEMS惯性传感器的研发与生产需求，平台与设计协同优化，有望在加快产品迭代开发的同时降低研发成本； 目前已成功开发MEMS陀螺仪及IMU六轴传感器整合技术，完或初次流片。资料来源：明崎传感招股说明书，中泰证券研究所明靖传感：先进的工艺平台&稳定可靠的供应链明端传
22、感A供应链稳定可靠公司模式设计环节的技术积累涉及平台与 结构协同设计、工艺及设计验证、 兼容制造三大环节，公司基于此 持续进行产品的迭代和改善，构 建完善的产品研发体系，提升产 品良率拥有工艺团队，自研的制造工艺平台技术已成熟应用于国际知 名晶圆代工厂；可基于晶圆代工厂既有的产线资源对工艺进行优化开发，亦可 基于自有的工艺平台技术进行生产合作方VIS、台积电（MEMS晶圆、光罩）深度参与封装测试与封装 生产环节的技术开发；通过自建定制化测试产线完成芯 片测试，优化测试效率纳芯微苏州固锦（封装、测试服务等）（中测后的ASIC晶圆）日月新（封装服务）模式研发设计晶圆加工封装测试IlEMSASIC芯
23、片设计、封装设计、meX09ASICAflXI工艺方案开发相关合同与纳芯微签订定制化开发合同，苏州固将为公司股东，持股涉及芯片设计版图保护及排他性21.63%区别于传统FableSS模式，公司深度参与晶圆制造过程中制造工艺平台的搭建与优化，专注芯片开发的同时也在制造工艺领域持续研发与突破，实现芯片设计与工艺设计的协同。22华依科技：IMU惯导产品有望放量华依科技A公司2018年立智能驾驶事业部，开展智能驾驶核心零部件的前期研发布局，IMU产品精度保持行业领先，实现应用层产品的率先落地，目前IMU产品已达到量产条件。产品P-BOX 一体机 INS5050惯导总成（INS4050）惯性测量单元IM
24、U3000车规级GNSS模配置块&ASL-B级别车规级六轴IMU,性能接近战术级车规级超高精度1/hIMU2022年公司惯导业务进展加速，提供完整的L2L5高精度定位解决方案，获得奇瑞汽车，实现从零到一，随后陆续收获智己汽车、国内某知名汽车企业订单，产品力开始被市场认可；长期深耕汽车动力总成智能测试领域，提供智能测试设备到智能测试服务、动力总成测试到智能驾驶测试一站式解决方案，覆盖客户包括比亚迪、广汽、上汽集团、理想汽车、蔚来汽车、StellantiS等，形成品牌优势，有助于IMU产品在更多客户实现突破。资料来源：华依科技公众号、财务报告，中泰证券研究所风险提示研究所中泰证券V(LZZMUHU
25、lAfSUAiraittJb目，4cconCONTENTS中泰NTS4.风险提示口人形机器人产业化进度不及预期。口其他新型传感技术持续迭代。口测算结果基于一定假设导致的结果不确定性的风险。口研究报告使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险。重要声明中泰证券股份有限公司（以下简称“本公司”）具有中国证券监督管理委员会许可的证券投资咨询业务资格。本公司不会因接收入收到本报告而视其为客户。口本报告基于本公司及其研究人员认为可信的公开资料或实地调研资料，反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响。本公司力求但不保证这些信息的准确性和完整性，且本报告中的资料、意见
26、、预测均反映报告初次公开发布时的判断，可能会随时调整。本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告所载的资料、工具、意见、信息及推测只提供给客户作参考之用，不构成任何投资、法律、会计或税务的最终操作建议，本公司不就报告中的内容对最终操作建议做出任何担保。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户，不构成客户私人咨询建议。口市场有风险，投资需谨慎。在任何情况下，本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。口投资者应注意，在法律允许的情况下，本公司及其本公司的关联机构可能会持有报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易，并可能为这些公司正在提供或争取提供投资银行、财务顾问和金融产品等各种金融服务。本公司及其本公司的关联机构或个人可能在本报告公开发布之前已经使用或了解其中的信息。本报告版权归“中泰证券股份有限公司”所有。事先未经本公司书面授权，任何机构和个人，不得对本报告进行任何形式的翻版、发布、复制、转载、刊登、篡改，且不得对本报告进行有悖原意的删节或修改。
