人形機器人內部傳感器：運動控制的“感知基石”

內部傳感器是人形機器人運動控制反饋系統的核心組件，在精細操作與柔性控制需求日益增長的背景下，對高性能傳感器的需求應運而生。這些高性能傳感器涵蓋慣性傳感器、編碼器以及力學傳感器等類型。

人形機器人內部傳感器對比 來源：《人形機器人傳感器應用綜述》

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慣性傳感器

慣性傳感器是機器人運動控制及導航的基礎。按被測物理量劃分，慣性傳感器可分為加速度傳感器（加速度計）和角速度傳感器（陀螺儀）。將加速度計與陀螺儀整合，可以得到最基本的六軸慣性測量單元（IMU）。六軸IMU用于測量物體三軸的角速度與加速度，一般包含三個單軸加速度計和三個單軸陀螺儀。

在人形機器人中，IMU通常布置于胯下或胸腔部位，是保障運動穩定性的核心。初始化階段，其輸出的姿態信息結合質心狀態助力機器人穩定站立；行走過程中，實時反饋姿態數據確保沿預定路線行進，協同實現精準原地轉彎；緊急制動時，支撐系統快速響應恢復穩定姿態。目前，特斯拉Optimus、波士頓動力Atlas、優必選Walker X等全球主流人形機器人均內置IMU，保障肢體動作精確控制。

IMU在人形機器人中的應用 來源：原極科技

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編碼器

在人形機器人的應用場景中，編碼器的數據反饋起著舉足輕重的作用。它主要承擔著實時監測并調控機器人關節運動位置的任務，以此確保機器人能夠實現精確運動控制和精準定位。

人形機器人對編碼器需求量極大，廣泛分布于全身關節。特斯拉人形機器人運動控制模塊主要分為直線執行模組、旋轉執行模組和靈巧手，每個旋轉執行模組具備獨立的輸出和輸入兩個編碼器，而每個直線執行模組則配置了一個編碼器；在靈巧手模塊中，為滿足其復雜功能需求，每個空心杯電機模組均搭載了一個編碼器，單個人形機器人總計需要40個編碼器。

特斯拉人形機器人編碼器統計 來源：人形機器人傳感器應用綜述

編碼器分類方式多樣：按測量類型可分為線性編碼器與旋轉編碼器；按輸出信號可分為絕對式與增量式；按技術原理可分為光電、電感和磁編碼器。

來源：《人形機器人傳感器應用綜述》（言衛等）

其中，電感編碼器與磁編碼器憑借體積小、重量輕、溫域寬、抗沖擊等優勢，契合人形機器人的應用需求，已在埃斯頓酷卓Codroid 02、特斯拉Optimus等產品的關節電機中大量應用。

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力學傳感器

力學傳感器的性能直接決定機器人的操作精度、安全性與智能化水平，通過力反饋信號讓機器人實時感知關節與部位受力狀態，動態調整動作以適應環境。按測量維度劃分，力學傳感器可分為一維、三維和六維三類：一維傳感器測量單一軸向力或力矩，安裝于髖、膝、踝等主要關節，實現基礎力控、柔性交互與碰撞檢測，成本低且技術成熟；三維傳感器檢測三軸力，可部分替代六維傳感器應用于靈巧手抓握等基礎場景；六維力/力矩傳感器可同步測量三維力與三維力矩，實現全空間力覺感知，安裝于手腕時能感知手部與操作物體的交互力，支撐靈巧操作，安裝于腳踝時可測量足地相互作用力，為雙足步行穩定性、步態優化、跌倒預警提供關鍵響應。

人形機器人六維力傳感器產品 來源：藍點觸控

按測量原理，力學傳感器可分為應變式、壓電式、電容式和光電式，其中應變式及其衍生的六維傳感器因成本與穩定性優勢，是當前人形機器人的主流選擇。

綜上，慣性傳感器、編碼器與力學傳感器在人形機器人運動控制系統中各司其職、協同發力。慣性傳感器保障運動穩定與導航精準，編碼器實現關節動作精細調控，力學傳感器提升操作精度與環境適應性，三者共同推動人形機器人向更高性能的精細操作與柔性控制方向發展，是人形機器人技術迭代的核心支撐。

參考來源:

各企業官網

言衛.人形機器人傳感器應用綜述

陳珊.編碼器專利技術綜述