东兴证券人形机器人传感器报告指出,六维力矩传感器是力觉感知的核心增量方向。特斯拉Optimus需4个六维力矩传感器(手腕+脚腕),可同时测量三个方向的力和三个方向的力矩,是实现精细力控操作的关键。国内柯力传感已连续14年保持力学传感器国内市场占有率第一,六维力传感器已完成人形机器人手腕、脚腕产品系列开发并送样;鑫精诚开发出直径仅9.5mm的全球最小电阻应变式六维力传感器;坤维科技已为多个人形机器人品牌提供定制化力控解决方案。国产六维力矩传感器正加速追赶国际领先水平。
六维力矩传感器——人形机器人力控核心部件
人形机器人的力传感器主要为力矩传感器,可在各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩进行检测,将扭力的物理变化转化为精确电信号,为机器人的力控和运动控制提供力感信息。六维力矩传感器能够同时测量三个方向的力和三个方向的力矩,是实现精细力控操作的关键部件。
以特斯拉Optimus为例,一台人形机器人需要4个六维力矩传感器(手腕和脚腕各2个)。六维力矩传感器在人形机器人中用于实现精细力控操作——手腕处的六维力传感器使机器人能够感知抓取力度,实现精准装配和操作;脚腕处的六维力传感器使机器人能够感知地面反作用力,实现稳定行走和姿态平衡。六维力传感器的技术壁垒远高于一维力传感器,主要体现在结构解耦、算法解耦和标定校准等环节。
以特斯拉Optimus为例,一台人形机器人需要4个六维力矩传感器(手腕和脚腕各2个)。六维力矩传感器在人形机器人中用于实现精细力控操作——手腕处的六维力传感器使机器人能够感知抓取力度,实现精准装配和操作;脚腕处的六维力传感器使机器人能够感知地面反作用力,实现稳定行走和姿态平衡。六维力传感器的技术壁垒远高于一维力传感器,主要体现在结构解耦、算法解耦和标定校准等环节。
国内六维力矩传感器竞争格局——柯力传感/坤维科技/鑫精诚
柯力传感连续14年保持力学传感器国内市场占有率第一,六维力/力矩传感器已完成人形机器人手腕、脚腕,工业臂、协作臂末端的产品系列开发,掌握了结构解耦、算法解耦、高速采样通讯等技术要点,并已给多家国内协作机器人、人形机器人客户送样。公司通过自研和外延式投资并购,布局力学、电量、光纤测温、气体、流量、光幕等十多种传感器。
坤维科技在2024高工人形机器人年会上展示了机器人腕部、踝部六维力传感器、机器人关节扭矩传感器及指端压力传感器,已为多个人形机器人品牌提供定制化力控解决方案。鑫精诚传感器开发出世界上最小的电阻应变式六维力传感器,传感器直径仅9.5mm,感知精度可达0.01N和0.001N·m,并成功开发了IP67防护级别的六维力传感器,不惧在潮湿环境及水下被使用。
坤维科技在2024高工人形机器人年会上展示了机器人腕部、踝部六维力传感器、机器人关节扭矩传感器及指端压力传感器,已为多个人形机器人品牌提供定制化力控解决方案。鑫精诚传感器开发出世界上最小的电阻应变式六维力传感器,传感器直径仅9.5mm,感知精度可达0.01N和0.001N·m,并成功开发了IP67防护级别的六维力传感器,不惧在潮湿环境及水下被使用。
华培动力——车规级MEMS压力芯片向六维力矩延展
华培动力利用多年深耕汽车传感器业务的优势切入机器人传感器赛道,通过并购+自主研发等方式布局磁编码器、MEMS压力传感器、六维力矩传感器等多款传感器,部分产品将逐步送样各人形机器人企业。公司是目前国内唯一自产力传感芯片的公司,下属子公司盛美芯车规级MEMS压力芯片已实现量产且已有小批量供货,能应用于人形机器人领域。
公司拥有车规级MEMS压力芯片和硅应变计的自主设计及封装测试能力,寻求从玻璃微熔MSG高压压力传感器向六维力矩传感器延展的研发突破。芯片部门与传感器部门高度协同,具有领先的设计和成本优势,有望在力觉传感器领域构建从芯片到传感器的全链条能力。
公司拥有车规级MEMS压力芯片和硅应变计的自主设计及封装测试能力,寻求从玻璃微熔MSG高压压力传感器向六维力矩传感器延展的研发突破。芯片部门与传感器部门高度协同,具有领先的设计和成本优势,有望在力觉传感器领域构建从芯片到传感器的全链条能力。
六维力矩传感器市场规模展望
随着人形机器人从实验室走向商业化,六维力矩传感器需求将快速增长。以Optimus单台4个六维力矩传感器计算,若2030年全球人形机器人销量达60.57万台,仅六维力矩传感器年需求量将超过240万个。考虑到技术壁垒高、单品价值量大,六维力矩传感器将成为人形机器人传感器中价值量最大的细分品类之一。
力传感器整体趋势是向多维度、高精度、高集成度方向发展。当前人形机器人产业仍处于快速迭代过程中,并未形成定型化和标准化,六维力矩传感器的具体方案仍在演进。但方向明确:从一维向六维升级,从结构解耦向算法解耦演进,从通用型向定制化发展。
力传感器整体趋势是向多维度、高精度、高集成度方向发展。当前人形机器人产业仍处于快速迭代过程中,并未形成定型化和标准化,六维力矩传感器的具体方案仍在演进。但方向明确:从一维向六维升级,从结构解耦向算法解耦演进,从通用型向定制化发展。
| 企业 | 核心进展 |
|---|---|
| 柯力传感 | 连续14年力学传感器市占率第一,已送样人形机器人客户 |
| 坤维科技 | 已为多个人形机器人品牌提供定制化力控解决方案 |
| 鑫精诚 | 全球最小六维力传感器(直径9.5mm),精度0.01N |
| 华培动力 | 自产MEMS压力芯片,向六维力矩传感器延展 |
投资建议——关注六维力矩传感器国产替代龙头
六维力矩传感器是人形机器人力控核心部件,技术壁垒高、价值量大。建议关注在六维力矩传感器领域具备技术积累和客户进展的企业:柯力传感(国内力学传感器龙头,已送样人形机器人)、华培动力(自产力传感芯片,车规级优势)、安培龙(单向力传感器及力矩传感器已开发完成,六维传感器样品研发中)。随着人形机器人量产推进,六维力矩传感器需求有望迎来爆发式增长。
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