人形机器人的灵巧手正在从“能抓取”迈向“能感知”,触觉传感器是决定这一跨越的核心器件。人类的双手可以从拉压力、剪切力、纹理等多维度感知识别物体,而传统触觉传感器大多只能感受法向力。国盛证券认为,压阻式、压电式、电容式、光学式四大技术路线各有优劣,而视触觉(Gelsight)和基于霍尔效应的多维度传感器正在成为解决多维力感知的新方向,机器人触觉传感器将是下一个超级赛道。
电子皮肤四大技术路线:压阻式最成熟,压电/电容/光学各有所长
触觉传感器按转换机制分为压阻式、压电式、电容式和光学式。压阻式是目前行业中最为成熟的方案,因其抗干扰性强、成本低、结构简单和鲁棒性高被广泛应用于各类场景,但迟滞性、温度依赖性和非线性限制其在部分场景中的性能。压电式灵敏度高、响应速度快,但更多用于测量振动、脉冲信号等间断信号。电容式灵敏度高、响应速度快,但随着物理尺寸增大测量精度会受影响,目前手机屏上传感器通常为电容式。光学式精度高、能实现非接触式测量,但算法复杂。
视触觉传感器(VBTS):Gelsight是主流,智元机器人已采用
视触觉传感器基于视觉的触觉感知,主流方案Gelsight内部最底层是2D摄像头,上面有一圈LED灯,最上层是凝胶。传感机制为摄像头采集图像,在LED灯光辅助下捕捉凝胶形变,再通过视觉算法将形变与触觉信息映射。Gelsight在测量力的维度、物体纹理和分辨率方面有非常强的优势,应用天花板很高。2022年推出的DIGIT传感器专为机器人手指设计,系统开源。2024年8月智元机器人发布的灵巧手集成了视触觉感知技术,可实时反馈接触的压力、形状、纹理等信息,标志着国内视触觉方案商业化的重要进展。
基于霍尔效应的多维度触觉传感器:六维力+456种触觉信号
基于霍尔效应的多维度触觉传感器核心原理为霍尔效应,3D霍尔芯片内部集成了X轴、Y轴和Z轴三个独立的霍尔传感器。Paxini的PX-6AX GEN2可测量六维力(三维力及三维力矩),触觉信号多达456种,可测量法向力和切向力,使用寿命支持超300万次测量,精度1%FS。核心难点在于算法、标定和物体纹理等的数据库预设,目前问题在于能否批量化生产及成本能否降下来。
触觉传感器是机器人的下一个超级赛道,千亿市场可期
人形机器人触觉方案百花齐放。据国盛证券测算,假设2025-2030年人形机器人从1万台增长至100万台,电子皮肤方案2030年市场空间约120亿元,霍尔效应方案约1101亿元,Gelsight方案约3878亿元。当前方案未定,降本路线不明确,但千亿级市场空间表明触觉传感器将是机器人产业链的重要投资方向。
| 技术路线 | 优点 | 缺点 | 成熟度 |
|---|---|---|---|
| 压阻式 | 成本低、结构简单、鲁棒性高 | 迟滞、温度依赖、非线性 | 最成熟 |
| 压电式 | 灵敏度高、响应快 | 仅适间断信号 | 较成熟 |
| 电容式 | 灵敏度高、响应快 | 尺寸大、不易集成 | 较成熟 |
| 光学式 | 精度高、非接触 | 算法复杂 | 发展期 |
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