惯性导航：自主定位与高精度感知驱动人形机器人进阶
思瀚产业研究院    2025-05-27

惯性导航系统及其核心组件惯性测量单元通过自主测量实现三维空间定位。惯性导航系统（INS，Inertial Navigation System）是一种利用惯性敏感器件、基准方向及最初的位置信息来确定运载体在惯性空间中的位置、方向和速度的自主式导航系统，也简称为惯导。

IMU（惯性测量单元）是姿态测量和惯性导航技术的核心传感器，一般由两个或更多的加速度计和陀螺仪组成，能够测量物体在三维空间中的角速度和加速度。通过误差补偿和惯性导航解算，IMU 最终能够输出载体相对于初始位置的坐标变化量、速度等重要导航信息。按是否有实体的物理平台，惯导可分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统，捷联系统具有结构紧凑、 可靠性高、质量轻、体积小、功耗低、维护方便、成本低等优点, 也便于与其他导航系统或设备进行集成化、一体化设计，是目前民用惯导的主流技术。

惯性导航兼有自主性、多参数等优势，但存在误差累积与初始对准复杂等局限。惯性导航系统主要优点有：

1）完全依靠运动载体自主地完成导航任务，不依赖于任何外部输入信息，也不向外输出信息，具备极高的抗干扰性和隐蔽性；

2）不受气象条件限制，可全天候、全天时、全地理的工作；

3）提供参数多，GPS 卫星导航只能给出位置、方向、速度信息，惯导还能提供姿态和航向信息；

4）导航信息更新速率高，短期精度和稳定性好。

目前常见的 GPS 更新速率为每秒 1 次，但是惯导可以达到每秒几百次更新甚至更高。主要缺点有：

1）导航信息经积分运算产生，定位误差会随时间推移而增大；

2）需要初始对准，且对准复杂、对准时间较长；

3）不能给出时间信息。

在人形机器人领域，IMU 的作用主要体现在精确的姿态控制和平衡维持、导航和定位、动作执行和路径规划三个方面。在姿态控制和平衡方面，IMU 通过连续监测系统姿态与位置变化，并利用伺服机构动态调整系统姿态，帮助机器人在执行各种动作时，精确地控制机体姿态和平衡。在导航和定位方面，IMU 利用对角速率和线加速度按时间积分以及叠加运算，动态确定自身位置变化，不借助外源信息，独立使用，同时结合卫星定位提供准确的室内和室外定位信息，大大提升人形机器人在复杂环境中导航和定位的能力。

在动作执行和路径规划方面，基于 IMU 的测量数据，人形机器人可以更精确地执行各种动作，如行走、转弯、跳跃等，并利用 IMU 数据进行路径规划，避开障碍物，规划出更合理的运动轨迹。

人形机器人市场爆发推动 IMU 需求增长，MEMS 技术驱动小型化与低成本趋势。人形机器人市场高速发展，或带动 IMU 应用空间进一步扩大。人形机器人中 IMU 的用量将达到2-4 个，分别配置在头部、双足和胯部等关键部位，用来达到控制身体姿态、头部稳定补偿以及身体稳定的效果，而不只是目前初期的简单移动。

由于人形机器人对惯性导航传感器小型化、集成化、大批量生产的需求，低成本高性能的 MEMS 惯性传感器逐步成为发展趋势。目前特斯拉的 Optimus、波士顿动力的 Atlas、优必选的 WalkerX、宇树的 H1、小米的 CyberOne 以及智元的远征 A1 等代表性人形机器人产品都内置了 IMU 来实现精确的肢体动作控制，小米的机器狗 CyberDog 也配置了 IMU，有望打开更广泛的“机器人”应用前景。

2、华测导航：领先惯性导航技术，用精准时空信息构建智能世界

华测导航成立于 2003 年，聚焦高精度导航定位相关的核心技术及其产品与解决方案的研发、制造、集成和产业化应用，是国内高精度卫星导航定位产业的领先企业之一。公司构建了高精度定位芯片技术平台、全球星地一体增强网络服务平台两大核心技术护城河，具备高精度 GNSS 算法、三维点云与航测、GNSS 信号处理与芯片化、自动驾驶感知与决策控制等完整算法技术能力，产品主要应用在资源与公共事业、建筑与基建、地理空间信息、机器人与自动驾驶四大板块。

推出高精度惯性导航产品，适配多场景定位与姿态测量需求。在惯性导航领域，公司的CI-1250 型激光陀螺惯性导航系统内置高精度三轴一体激光陀螺、三轴高精度石英挠性加速度计，内置自寻北功能（航向精度 0.05°）、航姿算法（姿态精度 0.01°），可实现纯惯性自主导航精度 0.8 海里/小时，可外置 GNSS 接收机进一步提高航向姿态精度，适用于轨道检测、水下测量，高精度地图，海上导航等。

CI-710 高性能 6 自由度 MEMS IMU 可提供三轴角速率、三轴加速度、横滚/俯仰姿态以及温度信息数据，具备高精度（零偏不稳定性0.5°/h）、高量程（±2000°/s 可选）、高采用频率（最高 1000Hz 输出）、抗冲击（2000g，0.5ms 半正弦）多种特性，可用于 SLAM 测绘、地图采集、智能控制，动中通等。

依托高精度导航技术，赋能设备无人化自动化。公司从 2014 年起开始研发基于北斗的农机无人驾驶系统，融合北斗高精度定位技术、惯性导航、自动控制等相关技术，实现了农用机械精确按照预设路线自动驾驶，作业精度高达±2.5 厘米。目前，该系统广泛应用于新疆、黑龙江、内蒙古等地的农场，提高作业效率 30%。2019 年，公司成立人工智能设备研发团队，成功研制符合市场需求的无人测量船，并相继提供了以无人船为载体搭载测深仪、剖面仪、水质仪为一体的集成解决方案。目前，华测无人测量船连续三年市场占有率第一，产品遍布东南亚十几个国家。

布局自动驾驶全场景，产品与生态合作推动技术落地。目前，公司能够为自动驾驶乘用车、无人矿卡、无人集卡、无人接驳、物流机器人、清扫机器人等提供高精度组合导航模组、组合导航板卡、定位测向接收机、便携式组合导航终端、抗震型测量天线等产品，满足自动驾驶、车辆智能监控管理、智能物流等应用对高精度导航定位的需求。

公司已在低速机器人、矿车、港口、物流自动驾驶等领域与易控、三一、徐工等公司达成合作，其中，公司 CGI-230 组合惯导系统已顺利交付牧原集团，用于 12个养殖场内的无人消毒车与转运车上。同时，公司在乘用车自动驾驶业务上取得良好突破，被指定为多家车企的自动驾驶位置单元业务定点供应商，如成为百度萝卜快跑第六代无人车 P-Box 产品的独家供应商，提供关键的导航技术支持。随着人工智能、物联网、大数据等技术逐渐落地，高精度定位技术随着应用推广愈发成熟、产品化成本越来越低，高精度位置信息的需求将逐步起量，未来公司产品有望应用于更多行业和场景。

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