一文熟悉人形机器人常用的四类感知传感器：视觉、力 / 力矩、触觉、IMU

人形机器人能够行走、避障、抓取物体、与人交互，核心依靠感知传感器。在众多传感器中，视觉、力 / 力矩、触觉、IMU是四大核心，分别负责看懂环境、感知受力、精细触摸、感知自身姿态，是人形机器人实现双足行走与灵巧操作的基础。

一、视觉传感器：机器人的 “眼睛”，理解外部三维环境

视觉是获取环境信息最主要的传感器，解决：周围有什么？物体有多远？路在哪里？常见形态：RGB 相机、双目深度相机、TOF 相机、结构光相机，部分方案搭配激光雷达辅助。

核心能力

1. RGB 相机：获取彩色图像，完成目标识别、人脸识别、物体分类。
2. 深度相机：输出深度信息，得到物体三维距离，感知台阶、障碍物、家具位置。
3. 结合 SLAM 算法：实现机器人定位、室内建图，知道自身在房间中的位置。

人形机器人典型使用位置：头部，部分机型躯干增加辅助相机。

优缺点✅优点：信息丰富，可以识别语义，获取完整环境。❌缺点：受光照影响大，强光、暗光、玻璃反光容易出错；物体被遮挡时失效。

典型应用场景：绕开杂物、识别水杯、开门、识别可通行地面。

二、力 / 力矩传感器：感知整体作用力，平衡与柔顺控制的关键

多指触觉是 “皮肤小点”，力 / 力矩传感器测整体受力，属于大尺度力感知，最常用是六维力力矩传感器（3 维力 + 3 维力矩）。

安装位置：人形机器人主要布置在脚踝、腕部。

• 脚踝六维力传感器：检测足底地面反作用力。走路时感知踩地、打滑、踩到凸起，实时修正步态，保障双足平衡，防止摔倒。
• 腕部六维力传感器：感知手臂末端受到的外力。实现柔顺抓取、力控装配；碰到障碍物时可以立刻退让，不会硬撞损坏机器。

核心能力测量三个方向的力、三个方向的扭转力矩，把受力反馈给控制器，实现力闭环控制。

优缺点✅优点：动态响应快，抗干扰强，双足行走必不可少。❌缺点：只能测安装点整体受力，无法知道接触具体位置，没有精细 “触感”。

典型应用场景：双足步态平衡、轻拿轻放物体、外力碰撞检测。

三、触觉传感器：机器人的电子皮肤，精细接触感知

力力矩传感器测 “整体力”，触觉传感器测接触面上的分布式压力，相当于人的皮肤。多为柔性阵列传感器，主要部署在灵巧手手指、手掌，未来向全身电子皮肤扩展。

核心能力

1. 获取接触点位置：知道手指哪个部位碰到物体。
2. 获取各处压力大小：分辨捏的力度大小。
3. 检测滑动：物体即将打滑时快速调整握力，拿鸡蛋不会捏碎，拿滑的杯子不会掉落。

和六维力传感器简单区分

六维力：手腕一共受到多大力；
触觉：哪根手指哪个点压上去、压力分布如何。

优缺点✅优点：接触层面精细感知，灵巧手实现通用抓取离不开触觉。❌缺点：硬件成本高，量产难；容易磨损，潮湿环境性能下降；只有接触物体之后才有信号。

典型应用场景：抓取易碎物品、拿捏小零件、识别物体软硬纹理。

四、IMU 惯性测量单元：机器人的 “前庭平衡器官”，感知自身运动姿态

IMU = 陀螺仪 + 加速度计，部分集成磁力计。一般安装机器人躯干、头部，少数关节也会配置。

核心能力

• 加速度计：测量加速度，判断重力方向，感知倾斜。
• 陀螺仪：测量转动角速度，捕捉身体摇晃、旋转。
  输出机器人躯干俯仰、翻滚、偏航姿态角度，实时反馈身体倾斜状态。

IMU 回答的问题：我的身体现在歪没歪？转动有多快？
不看外界，只感知机器人自身运动状态，属于本体感知。

优缺点✅优点：不需要对外界观测，高频输出，毫秒级，是双足平衡控制核心输入。❌缺点：存在积分漂移，时间长会有姿态误差，需要视觉、力传感器做校正。

典型应用场景：摔倒防护、步态动态平衡、头部姿态跟随。

四类传感器对比简表

表格

协同工作逻辑（多传感器融合）

IMU + 脚踝力传感器 → 保证走路不摔倒；视觉 → 看清前方环境障碍物；腕部力 + 手指触觉 → 完成安全灵巧抓取。

IMU 告诉大脑 “我身体歪了”；力传感器告诉大脑 “脚踩地面受力变化”；视觉告诉大脑 “前方有什么”；触觉告诉大脑 “手抓到东西状态”。四类传感器数据融合互补，才构成人形机器人完整感知能力，单一传感器无法完成复杂任务。

行业痛点小结

1. IMU 存在漂移，需要外部传感器修正；
2. 视觉受光照干扰；
3. 触觉硬件量产、寿命、成本仍是瓶颈；
4. 大量传感器同时工作，对板载算力提出很高要求。

感知是机器人的眼睛、平衡器官、肌肉力反馈和皮肤，感知性能上限直接决定人形机器人能不能真正落地家庭与工业场景。

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