人形机器人要“进厂打工”，IMU的重要性可能被大幅低估了

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）过去两年，人形机器人的运动能力一直在刷新人们的认知，跳舞、跑跳、空翻，甚至还能在舞台上完成前空翻落地。但当这些机器人真正走进工厂、走进管廊，考核标准就变了，连续、稳定的工作，才是投入实际应用的关键。

ADI 亚太区微机电产品线总监赵延辉

10月13日，ADI在CIIF 2026期间举办媒体沟通会，ADI 亚太区微机电产品线总监赵延辉花了很大篇幅与我们讨论一个常被忽略的指标：振动整流误差（Vibration Rectification Error，VRE）。与此同时，过去IMU在机器人上的重要性，可能被大幅低估了。

静态测试很好看，动起来就“翻车”？

目前人形机器人普遍配两颗 IMU。赵延辉解释：“一个放在头部和视觉做集成，用 IMU给视觉做差值补偿；另一个在腰腹部位，做全局姿态的检测。”不同部位的要求也不一样：脚部是金属对金属的硬接触，要求大量程和强耐振；腰腹有腿部减振隔离，更看重精度与长期稳定性；头部则要解决多传感器同步。

行业里评估一颗 IMU，通行做法相当朴素，把器件放在桌面上，采一段数据，看曲线是否平直。如果数据接近一条直线，或者波动很小，就认为精度很高。

赵延辉并不认同这种做法：“良好的实验室静态指标，在真正的机器人应用中远远不够。”器件不动，动态性能根本无从体现。

真正的考验来自振动。一台人形机器人身上有几十个电机，关节启停、地面反馈，甚至风，都会把振动叠加进传感信号。

客户最常见的对策是滤波，把截止频率压到0.1 Hz，理论上1 kHz的振动会被干干净净地滤掉。但输出并没有回到原来的直流值，而是整体偏移了一截。这就是 VRE，振动经过器件的非线性环节，被“整流”成一份直流偏置，滤波器可以滤掉高频分量，却滤不掉已经生成的偏置。

对惯导系统来说，这份偏置是致命的。陀螺零偏要被积分三次才传导到位置，加速度计要被积分两次，运行时间越长，误差滚得越快。机器人走不直、AGV 在产线上慢慢跑偏、eVTOL出厂时好好的却在某次飞行中急剧下坠，源头常常在这里。

“而这类器件性能问题，客户是无法通过软件加以处理的。”赵延辉说，这个时候，客户往往会考虑采取校准与实时补偿来解决这些问题。当处理器性能足够强，AI也足够成熟，能不能实时测出振动大小，再对陀螺做补偿？

问题在于VRE并不随振动幅度线性增长。同样的加速度可以由完全不同的频率与位移组合出来，对应的VRE并不相同。要补偿，先得同时知道频率和幅值。“那还不如直接买一颗能够有效解决这一问题的 IMU。”

第二条路是软件滤波。在他看来，滤波可以去掉毛刺，但“可以去除一些高频毛刺干扰，却无法消除直流偏置的影响”；而机器人慢速运动时恰恰需要保留直流分量去积分。

第三条路是橡胶减振，也是目前产线上最常见的做法。它短期有效，长期失效：材料会老化，无人机舱内温度可达 70 ℃，胶条更容易变硬。

“橡胶减振材料可以解决短期问题，但一旦出现老化，就会引发各种问题。”赵延辉解释道。更隐蔽的是精度问题。减振结构会带来信号延时，胶条局部不平整还会引入正交误差。

比如机器人沿一个方向爬 90 度坡，10% 的轴间耦合就足以让系统误判另一个轴也转了9 度。

还有一种失效来自时间。用户买回一台机器人闲置一年再启用，减振材料已经变了，精度也就不在了。至于用电机编码器推算姿态，一旦关节打滑就会产生累积误差，响应延迟也比IMU 直接测量更高。

ADI的解法：四核MEMS

过去单核MEMS依靠科里奥利力就能测出转速，问题在于转动产生的科里奥利力与同方向的振动无法区分，谐波频率一旦重合，两路信号基本完全混叠。

ADI 最早做的是双核，两个内核互成180度振动。理论上有解，但两颗内核的加工精度不可能完全一致，共模泄露依然存在。最终的答案是四核：外部振动作为共模信号被抑制，真实运动作为差模信号被放大。

赵延辉用仪表放大器打了个比方：这类器件内部通常由三个运放搭成对称结构，共模抑制比做到 110 dB 已属不错，业界最好的大约 130 dB——但再好的对称也做不到无穷大。ADI 的四核是同一个思路，四个内核两两反向振动，把外界振动当共模抵消，只留下真实转动，但代价是面积和成本。

赵延辉用仪表放大器类比：内部三个运放把共模抑制比推到110 dB，业界最好的大约130 dB，代价是面积和成本。“过去 ADI 的 IMU 均为体积较大的模块，我们牺牲了一定的体积，成本也相对更高。但在机器人、工业自动化、eVTOL 以及轮船‘动中通’等场景中，这种振动抑制特性不可或缺。”

“这也是我们为什么一直强调陀螺仪，并不惜花很大成本实现四核架构设计的原因。”

芯片级IMU，难的不是尺寸

“芯片级 IMU”这个说法在行业里被用得很松，ADI在2017 年、2019 年的产品外观已接近芯片大小，也采用BGA封装，但内部仍是多颗裸片。包括独立的加速度计、陀螺仪和处理器。

ADIS16607的不同在于，加速度计IP、陀螺仪IP、信号处理IP、处理器IP被集成到同一颗芯片上。为了这一步，ADI 从2019年上一代产品之后“闭关”了七年，其间只以模块级产品（ADIS16545/16547、ADIS16576）维持迭代。

“将这么多 IP 集成到一颗芯片里的难度与挑战实际上是非常大的，尤其是为了保证它的可靠性和一致性。”赵延辉说。

小体积没有换来指标上的让步。ADIS16607陀螺量程分±480°/s与±2000°/s两档产品，其中±480°/s量程产品的运行中零偏稳定性为 2.3°/hr，角度随机游走 0.19°/√hr，轴间失准±0.1°；加速度计±40g，零偏稳定性13μg。温度方面，出厂校准覆盖−40℃ 至+85℃，工作温度上限到+105℃；供电3.1 V至3.6V，耐受2000g机械冲击，提供SPI与I²C接口。

值得注意的是外部同步触发，支持1 kHz到8 kHz输入。机器人头部IMU要与相机做视觉惯性里程计（VIO），相机帧和 IMU 帧必须在时间上严格对齐，同步触发不是锦上添花，而是融合能否成立的前提。

ADIS16607的封装仍然是全密封陶瓷。赵延辉承认这“成本相对更高”，但长期稳定性要靠它。每颗器件出厂前完成全温范围校准，还要经过高温高压加速老化（HTHP）、温度循环（TCT）、高加速应力（HAST）等测试，再把各类误差源综合建模，才敢给出覆盖全生命周期的重复性指标。

长期稳定性为什么难做？他给了一个很具体的场景：“无论是连续开机，还是长期关机，我们都希望器件在被要求执行任务的那一刻，具备能够立即完成任务的足够精度。”

当机器人从展台走进产线、从十几分钟的表演拉长到7×24小时与人共处，冗余、异构、免校准启机这些词，都会从“可选”变成“必需”。传感器作为整条链路的第一环，第一环不准，后面的控制、规划、执行都在放大误差。

小结

从表演到落地，人形机器人比的不再是动作难度，而是连续工作的稳定性。ADI把四核架构IMU压进一颗6.9 mm见方的芯片，本质上是把“全地形、7×24 小时”从系统设计难题，变成了一个选型问题。而在未来人形机器人在一步步走进工厂、走进生活场景时，长期稳定、具备振动抑制特性的IMU，将会起到更加重要的作用。

人形机器人要“进厂打工”，IMU的重要性可能被大幅低估了图2

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