传感器行业深度研究：人形机器人产业系列报告（二）正式版.docx

中泰证券研究所专业I领先I深度I诚信I证券研究报告I人形机器人产业系列报告（二）传感器行业深度研究2023.12.31冯胜中泰中游制造负责人&先进产业研究首席执业证书编号：S0740519050004曹森元中泰先进产业研究组研究助理核心观点口传感器是人形机器人感知层的关键，基于MEMS工艺的力控、触觉、惯性传感器有望充分受益。1）人形机器人将更重视感知层和交互层，传感器的重要性凸显。在智能机器人中，传感器用量大，成本占比高，特斯拉OPtimUS机器人上各类传感器成本占比接近30%o2）人形机器人即将迎来快速发展阶段，传感器将在此过程中充分受益；其中力控、触觉、惯性三类传感器的成本较高，且国内外在高端产品的技术水平上仍存在较大差距。MEMS传感器由于其高集成性、小体积、规模化生产成本低等诸多优势，是应用于机器人传感器的上佳解决方案之一。六维力传感器是机器人精准力控的优选方案，技术壁垒较高，我国正快速追赶世界先进水平。1）力/力矩传感器是机器人实现力感知的重要途径。人形机器人通过主动力控实现“触觉”感知，以力传感器为主的力控是机器人精准力控的优选。而六维力传感器是维度最高的力觉传感器，能给出最为全面精准的力觉信息。2）MEMS有望加速替代金属箔片式力传感器。从技术路线看，当前六维力以金属箔片式为主，但这类产品存在在人工成本高，效率低等缺陷，相比之下，硅基MEMS式成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产，未来有望成为主流。3）海外先发优势明显，国内企业快速追赶。目前ATl等海外企业主导全球市场，我国的六维力传感器行业起步较晚；受制于维间耦合和标定检测等技术壁垒，目前仍处于产业早期，2022年市场规模仅约2.4亿元。以坤维科技、蓝点触控、南宁宇立等为代表的民族品牌正快速实现六维力传感器的国产化和高端化；其中，坤维科技已成功自主研发量产准度高于0.5%的六维力传感器，目前在国内市占率超50%。柔性触觉传感器有望进一步强化机器人感知能力，目前处于产业化早期，成长空间广阔。1）柔性触觉传感器有望升级机器人感知能力。柔性触觉传感器相比传统的刚性传感器，具备可弯折、延展性等特质，可广泛应用于医疗保健、消费电子、工业等领域。人形机器人所需的“电子皮肤”即使用柔性材料制备而成的阵列式触觉传感器，有望使机器人具备多物理量（温度、力、粗糙度等）感知能力，帮助机器人实现精细操作。根据其感应原理，主要可分为压电式、压阻式、电容式触觉传感器。2）预计2028年全球柔性传感器市场空间超500亿元，国内增速有望大幅高于海外。根据汉威科技微信公众号，20212028年全球柔性传感器市场的年复合增长率达6.8%,预计2028年可达84.7亿美元；国内市场，2022年中国柔性传感器行业市场规模为21.12亿元，20172022年CAGR超过23%,其中消费电子、医疗为主要需求来源。3）海外龙头占据优势，国内企业加速追赶。随着MEMS技术、电子印刷工艺、3D打印技术等加工工艺的升级，“电子皮肤”有望向高密度、高灵敏、快响应、多功能、高集成的方向发展。竞争格局方面，Novasentis>TekSCan、JDl等海外企业市占率仍然居于前位，根据QYReSearCh数据，全球前八大柔性触觉传感器企业2022年占据57.1%的市场份额，市场集中度较高；国内企业中，能斯达（汉威科技子公司）、帕西尼传感、力感科技等诸多公司均有柔性传感器生产布局，但均处于早期；人形机器人的需求驱动有望加速国产品牌技术进阶。惯性传感器助力人形机器人实现姿态控制、导航定位，高性能传感器的国产替代空间巨大1） MEMS惯性传感器具备体积小、功耗低、集成能力强等优势，在人形机器人领域适用性较高。利用IMU（惯性测量单元）能够实时测量机器人的角速度和加速度，从而帮助机器人维持稳定的姿态和平衡，结合GPS或卫星定位，可实现精确的导航和定位。按照精度由高到低，惯性传感器分为战略级、导航级、战术级和消费级，预计人形机器人所使用的IMU与L3级别智能驾驶精度要求接近，通常适配战术级及精度接近战术级的消费级产品。2） 2021年全球MEMS惯性传感器市场规模约35亿美元，预计将维持810%的年化增速。其中，高性能MEMS惯性传感器（除消费级外的MEMS惯性传感器）约占整体的20%。我们预计高性能惯性传感器受益于智能驾驶、机器人、物联网等下游高速发展，增速应高于整体行业水平。3） MEMS惯性传感器竞争格局分析。2021年全球MEMS惯性传感器CR5达到85%以上。海外头部厂商博世、霍尼韦尔等多采用IDM模式；芯动联科等国内生产商多采用FableSS模式。未来部分国内消费级MEMS惯性传感器厂商有望切入高性能领域，加速高性能MEMS惯性传感器国产化进程。人形机器人传感器市场规模敏感性测算：六维力/柔性/惯性传感器对应市场空间约为103/103/62亿元1）假设条件：机器人产业尚处于发展初期，六维力传感器和高性能MEMS惯性传感器、柔性触觉传感器的价格仍然较高。随着下游高精度力控、惯性应用场景不断扩充，特别是即将爆发的人形机器人所带来的需求，上述类型传感器或将迎来规模化应用和量产机遇，成本有望大幅降低并实现高速增长。2）结论：中性假设下，预计人形机器人带动主要三类传感器需求量2030年有望达到268亿元。根据我们测算，保守/中性/乐观情况下，2030年人形机器人产量有望达到约72万/103万/146万台，届时六维力传感器市场规模分别约为72/103/146亿元；柔性触觉传感器市场规模分别约为72/103/146亿元；IMU的市场规模分别约为43/62/87亿元。3）速议关注：力传感器标的柯力传感、中航电测；柔性触觉传感器标的汉威科技；惯性传感器标的芯动联科、华依科技风险提示：人工智能&大模型技术发展不及预期、人形机器人商业化进程不及预期、行业规模测算偏差风险、研报使用的信息存在更新不及时风险等。力、触觉、惯性传感器是人形机器人感知层的关键部件多维力传感器或是机器人精准力控的最优解柔性触觉传感器有望进一步升级机器人感知能力惯性传感器助力机器人实现姿态控制、导航定位相关标的：海外龙头优势明显，国内企业迎头追赶投资建议出中泰证券VJLrZHONCfAiKcumriES目录CONTEN目录力、W.tStl<S三SAJwCCpNTCOIH机器人感知层的关键部件S中ENTS泰证券研究所1.1传感器是人形机器人感知层的关键人形机器人的具身智能更重视感知层和交互层。人形机器人强调具身智能，即能够感知并理解周边环境，通过自主学习完成任务的智能体。传感器及软件是具身智能的关键，感知层和认知层是机器人向具身智能机器人迈进的门槛，机器视觉和多态语言大模型的快速迭代有望大幅提升机器人的感知能力和认知能力。传感器是“感知”的核心，其质量和技术水平将直接影响到机器人的性能和稳定性。机器人传感器可以根据检测对象的不同，分为内部传感器和外部传感器。部传感器用来感知机器人自身的状态，如速度、位置等；外部自感器用来感知机器人周边环境情况，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、压力、温度、湿度、距离等。特斯拉人形机器人上传感器的成本占比接近30%。在一个机器人中，传感器的用量是巨大的，除摄像头（图像传感器）、雷达（激光、毫米波、超声波）、六维力矩传感器、编码器、触觉传感器外，还有位置、速度、加速度、平衡、力觉、触觉、视觉、听觉、接近觉、距离、嗅觉等等10多种传感器应用于人形机器人中。由传感器专家网数据，特斯拉OPtimUS机器人上各类传感器成本占比接近30%。4无一扁.例II人臭Mft机人传鸟建.<4.WKYWi舐*怵yd*'J9收m入ARXTtfit.ar"、am.ae惊力.力枪"：工ante；att<M.w.cf«CCDikftt./atrail,ca.*Ift11<.4><f*4Sit(MtX*£三*t<utfH:物体Mk小.嗝邑、CCDaMOS啸曾6。湃）/2（6用）iG动伟与4*觉收绩警*咻牝传的瓜建由“叱伶心Ba七&什，*'敕传+d喙It/*比/化竽等M*致瘪M力传四日.tif*S第&斗府牝IMU*体化聚休的位，与*3*ft,或丽思4格重号IjA*，、t*,；Ilem鸟传*xa.峰依竹更(i金一£卦>td图表1:与人相对应的传感器系统图表2:机器人的常用传感器来游：传悠端专箓网.中带证军研K所天游：传愁器专系怦，中多泣军明允所1.2力、柔性触觉、惯性传感器壁垒高，价值量大，国内厂商蓄势待发力矩传感器是机械臂感知力度的重要部件，应用前景广阔。按照测量维度，力矩传感器可分为一至六维力矩传感器，人形机器人中，灵巧手或将使用微型压力传感器或微型六维力传感器，对柔顺控制要求高的手腕和脚踝或将使用六维力矩传感器，而身体的其他关节将使用关节扭矩传感器。根据高工机器人的数据，以模拟关节及肢体末端触感的力传感器为例，其在人形机器人成本中占比约为15%。六维力传感器研发和制造工艺难度高，国内已具备量产能力，降本空间有望打开。柔性触觉传感器有望进一步提升机器人感知能力。触觉传感器可以为机器人感知提供压力、温度、等信息，进一步提升机器人的感知能力：而电子皮肤则是由点状的触觉传感器组合构成，多被排列成矩阵。由于电子皮肤具备高柔韧性、拓展性、高弹性等特点，因此又称柔性触觉传感器。目前国内公司已具备柔性传感器的生产能力，但由于加工工艺难、成本高等问题，尚无法批量化应用在机器人方案中。惯性传感器有望成为机器人标配。惯性传感器又称惯性测量单元（IMU：InertialMeasurementUnit）在机器人上可以与摄像头、力传感器等多传感器数据融合，以达到维持身体平衡，预测速度和轨迹并进行定位导航等功能，在四足机器人、人形机器人上均有望标配。惯性传感器技术壁垒高，目前单个高精度IMU售价约为几千元至万元，价值量较高，国内已有公司掌握核心技术并实现稳定量产。图表3:国内外主要机器人传感器使用的传感器类型机器人名称传感器模块8ATLAS（美国）激光雷达、力、力矩、陀螺仪、加速度计等ASIMO（日本）激光、红外、超声波、压力传感器等WABlAN-2R（日本）六维力、位置、惯性、图像传感器等PePPer（日本）力/力矩、陀螺仪、加速度计、红外、激光传感器等优必选WALKER（中国）六维力力矩、超声波、高精度惯导传感器等.十:FOrCelnStilUtC.:七".：，'：T.b7&FE；1.3 MEMS技术有望广泛应用于各类传感器MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)微电机系统技术被广泛用于IMU及传感器的制造过程中。MEMS可利用大规模集成电路制造技术和微加工技术，把微传感器、微执行器、微结构、信号处理与控就电路、电源以及通信接口等集成在一片或者多片芯片上。MEMS传感器在人形机器人的适应性较高。通过MEMS技术制成的传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和智能化等优点。随着机器人感知功能的提升，所需求的传感器数量势必增加，对于小体积、轻重量、低成本的诉求十分强烈。MEMS技术助力传感器实现高度集成化。通过MEMS技术，可以在同一衬底上集成多种敏感元件，使其能同时检测多种物理量并能输出多个信号，提高MEMS芯片的集成度。图表4: MEMS传感器工作原理“字<|号处理 »信号«执行 8图表5: 2021年MEMS行业市场结构朱源：YoleInterlligence,丽礴传感招Jtt机 中泰证券研无所未通：芯动联科招股书，中爵证聚研究所1.4 MEMS市场处于高速增长过程中全球MEMS市场CAGR平均在89%。跟据YoleIntelligence数据，MEMS的全球销售量从2018年的201.68亿颗增加至2021年的303.59亿颗，预计2027年将达到487.08亿颗，2021-2027年CAGR达8.20%oMEMS的全球市场规模从2018年的99.94亿美元增加至2021年的135.95亿美元，预计2027年将达到222.53亿美元，2021-2027年CAGR达8.56%o国内MEMS市场增速高于全球平均增速。受益于工业物联网、智能制造、人工智能等战略的实施，加之各级政府加速推动智慧城市建设、智能制造、智慧医疗发展，MEMS市场海内外呈现高速增长趋势。根据中商产业研究院整理；20182022年中国MEMS行业市场规模CAGR为14.82%,近年增速仍在持续提升，2022年中国MEMS市场规模达到1008亿元，同比增长20.29%,国内市场增速显著高于海外市场。图表6: MEMS全球市场规模250-市场规模（亿美元）200-50-iiilllllll. J 及 一 .出HF <M Hf" ° LU当 U¾ Illa cm LU LU e zCM图表7:中国MEMS行业市场规模统计预测来源：中商产业研究脱，中奉祀奉研忘所来淞：明崎传感招股书，yole intellengc,中泰迂卷研克所目录多堆力怜瞬叫机名人硒CCONTcoM力控的最优解S中ENTS泰证券研究所2.1机器人通过力控制系统获得“触觉”力控制系统给予机器人以“触觉”。对应于人的触觉，机器人的触觉传感系统就是一种可以通过接触来测量物体给定属性的装置或系统。一般来说，机器人的触觉感知与在预定区域内的力的测量有关。为了改进机器人的应用效果，也应当为机器人配备先进的触觉感知系统，以使其能够感知周围环境，远离潜在的破坏性影响，并为后续任务（如手部操作）提供有效信息。以力传感器为核心的力/位控制是机器人主要控制方式之一。力控制一般泛指机器人应用领域中，利用力传感器作为反馈装置，将力反馈信号与位置控制（或速度控制）输入信号相结合，通过相关的力/位混合算法，实现的力/位混合控制技术。也称力/位混合控制技术，简称力控制。图表8:埃斯顿一体化打磨方案来源：ESTUN,中泰话卷研究所图表 先iGrinder智能浮动磨头（独立力控系统）朱懑：中立仪器：机若人智Ife力控打磨方法及案例展示3 .中泰证赤研光所2.1.1机器人力控方式不断演进-从位置控制到力/位混合控制传统位置控制引起的瞬间过载易损害机器人。位置控制下，机器人严格按照预先设定的位置轨迹进行运动。若机器人运动过程中遭遇到了障碍物的阻拦，导致位置追踪误差变大，此时机器人会努力地“出力”去追踪预设轨迹，最终导致了机器人与障碍物之间产生巨大的内力，从而伤害零件或机器人。柔顺控制提高机器人在复杂场景下对接触环境顺从的能力。传统的位置控制技术无法满足柔性装配或不均匀复杂曲面打磨等任务的需求。由于空间不一致性造成的位置偏差可能引发系统超载和损坏，因此必须引入力矩/力控制作为输出或反馈，实现更精细的控制，提高机器人对外界环境中的力的顺从或控制能力就是提高机器人的柔顺性。机器人的柔顺性来自对位置和力的综合控制。柔顺控制分为被动柔顺和主动柔顺，被动柔顺是对外部作用力的顺从，而主动柔顺是对外部作用力的控制，从而解决与外界环境的交互问题。图表10:柔顺控制的分类袅通：小牛村痣人,中泰证券研究所2.1.2力传感器是精准直接力控最佳解决方案A直接力控通过不同的力反馈方式实现，其中使用多维力矩/力传感器是最佳方案。a.电流环：通过电流反馈和辨识的动力学模型估计外力，适用于直驱电机或者带小减速比的应用场景，如小型阻抗控制的人机交互的机械臂和小型四足等。对于大减速比的机器人，其关节back-drive的摩擦力巨大，电机电流不足以精确估计末端执行器上收到的外力。优势是无需额外的传感器，缺点是受摩擦力影响导致的力控精度差，适用场景有限。b.弹性体抗外界冲击性能强：SEA（串联弹性驱动器）用弹性的形变和高精度的位置传感器来间接地测量力距的大小，往往适用于人型机器人集成度较高和驱动器输出力矩要求较高的应用场合。c.力传感器：通过在机械臂末端加装一个力传感器来实现。相对于一维力传感器，六维力传感器的力控维度更多，能够测量物体在三维空间内所有受力情况，可测量在任何方向、任何轴上的应用负载，并能承受额定测量范围5到20倍的过载，精度甚至可达0.01N,相应的价格也更贵。典型应用案例包括KUKALBRiiwa机械手等机械臂及特斯拉OPtimUS人形机器人。图表12:力传感器的应用图表13：三种力反馈方式对比来源：鑫希诚，中泰证券研究所来通:DesignOfaHighlyDynanliCHlJmanoidRobot.中泰江奉研究所2.2六维力传感器结构分类-应变片为主，MEMS技术有望成为主流六维力传感器是维度最高的力觉传感器，它能给出最为全面精准的力觉信息。六维力传感器，又叫六维力/力矩传感器、六轴力传感器、F/T传感器，是基于应变原理的高性能力学传感器，可实时测量XYZ三个方向所受到的力和力矩。六维力传感器一般分成上台（或内圈）、下台（或外圈）、测力梁和应变计。当上台（或内图）和下台（或外圈）有相对受力时，测力梁产生与外力大小成比例的应变，应变计将该应变转换成电信号输出。目前市场应用的六维力/力矩传感器大部分是基于应变式的测量。根据其传感元件的不同，六维力/力矩传感器主要分为：应变片式、光学式以及压电/电容式。应变片式是市场主流，基于压电、电容和光学等原理测量的传感器有一定的理论研究和实验，下游尚未得到广泛应用。2. 2.1六维力传感器结构分类-应变片为主，MEMS技术有望成为主流应变片是电阻应变式多维力传感器的核心。应变片是由排列成栅状的高阻金属丝、高阻金属箔或半导体粘贴在绝缘的基片上构成。应变片包括金属电阻应变片和半导体应变片（即硅应变片）。金属/箔式电阻应变片目前应用更广。电阻变化是由尺寸变化（几何形状）引起的，类型包括丝式、箔式和金属薄膜应变片，其中目前使用最广泛的是箔式应变片，它具有横向效应小，容许电流大，生产效率高等特点。但此类应变片仍需人工打磨，耗时久，生产效率较低，成本较高。口硅应变片的综合性能更优异。在半导体材料中，压阻效应比金属应变片要显著约50倍，硅应变率系数高达几十至一百（金属应变片为23）o经过对稳定性、刚度、动态特性、成本与信噪比五个维度的比较，硅应变片的稳定性、信噪比、动态特性要好于金属应变片，刚度上两者差异不大，成本上金属略优，但近年来硅应变片的工艺有了提升和改进，综合成本也在大幅降低。图表16:传统应变片结构来源：应变片的枯贴,中泰证券研究所2.2.2六维力传感器结构分类-应变片为主，MEMS技术有望成为主流硅基MEMS技术主要用来替代传统的压阻式和电容式传感器，相比之下，MEMS传感器具有微型化、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。MEMS技术将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、通信接口、电源等集成于一块或多块芯片上，微米量级的特征尺寸使得它可以完成部分传统力传感器所不能实现的功能。MEMS技术制造半导体应变片可实现大批量和低成本。若单个MEMS传感器芯片面积为5mmx5mm,则一个8英寸（直径20厘米）硅片可切割出约100O个MEMS传感器芯片，分摊到每个芯片的成本则可大幅度降低。相比之下，当前六维力传感器的加工依然以小批量、人工贴片焊接为主。MEMS技术制造半导体应变片可实现高精度。硅应变片比箔片传感器具有更高的应变灵敏度，从而使测量结果更加精确。基于MEMS技术的应变片还具有更高的断裂强度，能够承受较高的工作温度和粘接温度，因此比箔式应变片更耐用，应用范围更广。图表18:MitSUmi微型MEMS六维力传感器图表19:MEMS力传感器工作原理二.SiLTK+ElltgE-MM介kl的或相Kgw¥&/我珞LklrN6个四十。一roEN“照”2.2.3六维力传感器壁垒主要在于维间数据耦合与标定检测维间耦合：由于传感器的结构设计、机械加工的精度、贴片技术、应变片横向效应与检测方式等方面的原因，几乎每一维作用到传感器上的力/力矩分量都会对传感器的各路输出信号产生影响，造成维间耦合问题。一般消除耦合或者抑制耦合可以从两个方向来做:第一种是在生产传感器之前进行的工作，一般叫做结构解耦，即从传感器的设计上来消除或者抑制耦合，该方法涉及到了传感器的制造工艺问题，这个往往比较困难，并且可能会增加成本:第二种则是利用系统性的教学模型，要矩阵解耦，运用数字信号处理的方法来减少或者消除传感器的维间耦合,该方法对制作工艺要求比较低，比较容易达到，而且还能取得很好的效果。标定检测：标定是获得传感器固件参数，检测是获得传感器的精准度。对于六维力传感器而言，标定需要同时考虑六个维度，一维力传感器仅仅只需要9个样本点来标定，而同样是每个维度取9个样本点，六维力传感器的样本空间就包含531441个样本点，因此需要采用六维力联合加载标定，才能使传感器的准度更好、串扰更低。标定设备为六维力联合加载设备，是高精度六维力传感器研发和生产的必要条件，目前不能直接采购，一般由六维力传感器厂商自行研制，若设备存在误差或不能同时对六个方向同时加载力或力矩，将影响六维力传感器标定的准确性。图表20: 一/六维力传感器标定样本空间TM“F 城图表21:美国的六维力传感器标定及检测设备2.3六维力传感器行业格局：日韩欧美起步较早，占据高端市场全球六维力/力矩传感器主要分为日韩品牌、欧美品牌和国产品牌三大阵营。上世纪七十年代初期，美国、日本等国家率先研发出六维力传感器，目前国际龙头ATl的产品精度可达0.5%。1987年中科院合肥智能机械研究所研制出我国第一台六维力传感器，此后，国内企业和科研机构也在加速研发，根据公开数据，坤维科技的产品精度已可对标ATI,而大部分中国企业的产品精度也已到达1%3%的高精度区间。日韩地区六维力/力矩传感器厂商：主要配套当地机器人本体厂商，其中，韩国企业RObOtous、AidinRObotiCS主要合作厂商包括DOOSanRobotics、NeuromekaRainbowRobotics；日本企业SintokogiO和WACOH-TECH主要合作厂商包括发那科、电装、三菱、那智不二越、安川等。欧美地区六维力/力矩传感器厂商：一类是传统的传感器生产商，包括ATI、BotaSystemsAG>ME-MeBsystemeGmbH.AMTLKiStler等；另一类是全球知名的机器人末端工具生产商，主要有SCHUNK、OnRobot.Robotiq等，欧美地区厂商合作企业以协作机器人本体厂商为主，主要包括优傲机器人、达明机器人和欧姆龙等。图表22:全球六维力/力矩传感器主流厂商图表23:国内六维力传感器市场竞争格局2.3.1六维力传感器行业格局：国内企业快速跟进，部分产品国际领先口国内六维力传感器企业数量逐年增加，但真正具备批量化产品供应能力的厂商仍偏少，产品性能距离国际头部企业仍有差距。受高技术壁垒的影响，国产六维力/力矩传感器与外资主流传感器在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距。坤维科技、宇立、鑫精诚、海伯森、蓝点触控、神源生智能、瑞尔特测控等均已有相关的产品落地并进入产业化应用。国内企业正快速跟进，有望加速国产替代。六维力传感器国际龙头ATl目前的高精度产品准度为0.5%。坤维科技借助自主研发的六维联合加载标定设备，已经量产准度高于0.5%六维力传感器，这一精度可满足绝大多数服务业、精密工业、医疗领域用途。其余国内企业，如蓝点触控、宇立仪器、鑫精诚等，产品准度亦可达到1%3%,可应用于对准度要求相对较低的领域。国内企业生产的六维力传感器单价仅为约2万元，而ATl生产的可比产品价格一般在4万元以上，国产品牌成本优势显著，有望加速推动国产替代。坤雄科技0.50%ATI0.5%-2%宇立仪耳1%-3%SCHUNK2%苴点触控12%Wacoh-Tech1%-3%鑫料诚13%Robotiq3%海伯森1%-2%Sintokogio1%-3%企业 次度(FS) 企业 准度(FS)国内企业海外企业未源：高工机器人产业研究所.中泰法界研究所整理图表25: ATl多维力传感器结构图枭鼎：ATT蔡证养研充所整理图表24:国内外主要厂商产品性能指标对比2.3.2我国六维力传感器市场规模小，增速高，国产化率快速提升2022年机器人行业销量占比趣50%。2022年中国市场六维力传感器销量8360套，同比增长57.95%,其中机器人行业销量4840套，同比增长63.58%o预计到2027年中国市场六维力传感器销量有望突破84,000套，复合增长率超60%。中国六维力传感器市场规模增长迅速。2022年中国六维力矩传感器市场规模2.39亿元，同比增长52.04%,其中机器人行业市场规模1.56亿元，同比增长54.35%o预计到2027年中国六维力传感器市场规模将超过15亿元，复合增长率超45%。国产化率快速提升。根据华经产业院数据，我国传感器国产化率已达40%。在技术壁垒较高的六维力传感器力传感器领域，国产化趋势更加明显。据高工机器人统计，2022年中国协作机器人领域六维力传感器国产化率近80%,出货量第一为国内企业坤维科技(未上市)，市场份额占比超过50%;第二为国际龙头ATI,其后为分别为蓝点触控、宇立仪器、鑫精诚，均为国内企业。图表26:中国六维力传感器销量及预测 (2017-2027)图表27:中国六维力传感器市场规模及预测 (2017-2027)来源：高工机器人产业研究院，中参逐就研究所来双：高工枇言人产业研完院,中奏证券研究所212.4六维力传感器的应用领域广泛口智能制造：包括机器人控制（通过测量机器人末端的力和力矩，帮助机器人实现高精度的控制和操作），质量检测、加工过程监控（在加工过程中，六维力传感器可以用于监测切削力、刀具磨损情况并及时反馈相应数据给操作者）、设备测试、汽车工业（用于测试引擎、变速器、转向装置等各种零部件的性能）等。T括手术辅助委统工运动康复评估、步态分析、姿势评估、功能性评估等。科3、验：材料性能，贝U（可以用于测量材料在受力作用下的强度、刚度、塑性变形等性能参数，以便科研工作者进行材料性能评估和优化）、航空航天（可以用于测试航空航天器在不同状态下的受力情况，以检测其设计是否合理，并提供数据支持给设计师进行优化）等。图表28：六维力传感器在机器人领域的应用姓发人A介& 山； ”兴> *防图表29：六维力传感器测量人体肌肉的力学特性> 'Jb .公立佑 企 公左也 ja y)-< # jt I lrnA*or>tol 山公N 短 M2.4.1目前六维力传感器主要应用在协作机器人上六维力/力矩传感器在机器人领域的应用占据较大的市场份额，在协作机器人领域的应用尤为广泛。A在工业制造领域，通过安装在协作机器人的末端，用以实现高精密柔性装配、焊接、去毛刺作业、拖动示教等应用。在商业应用领域，通过在协作机器人末端安装六维力传感器，可以让机器人更加智能地感知人体部位的力度和压力，实现更加准确和舒适的按摩理疗服务，达到仿人按摩机器人柔顺性控制。A在医疗领域，六维力传感器可以帮助手术机器人感知人体各个方面的实时参数，包括力量、重量等，从而实现更精细、高质量的手术操作，降低手术风险。医生在协作机器人的协同操作下，通过六维力传感器感知手部的运动，从而实现更加精准、安全的操作和治疗。协作机器人的需求增长是近年来六维力传感器市场规模的扩大的主要原因。2022年我国六轴及以上协作机器人出货量为1.95万台，同比增长4.71%。从市场规模来看，2022年中国六轴及以上协作机器人市场规模约为21.53亿元，同比2021年增长5.61%o预计至U2023年，我国六轴及以上协作机器人出货量将达2.5万台。预计2026年中国协作机器人销量将达6万台。图表30:六维力传感器在协作机器人领域的应用未涉：鑫外该传感器官网,中条证券研竞所来:&： ABB官网,中泰证杂研究所2.4.2打磨抛光机器人对六维力传感器需求更直接学光打磨机器人替代人工是大势所趋，但目前国内外尚无成熟产品O传统打磨抛光行业存在诸多痛点：包括依赖“老师傅”、人工成本高、打磨效率低、工作环境对人体的危害较大（噪音、粉尘等）。因此，使用机器人替代人工是未来发展的趋势，但目前在打磨抛光行业，尚未看到机器人和自动化实现成熟的解决方案，渗透率比较低。高工机器人产业研究所（GGIl）统计数据显示，2022年中国抛光打磨机器人销量为0.8万台，同比增长12.68%。GGII估计，2023年中国抛光打磨机器人销量预计为0.82万台，增速预计继续下降，为2.88%o图表33:打磨抛光机器人面临的难点图表32: 2016-2023年抛光打磨机器人销量及预测抛光打磨销量（万台） YoYI*.eMLxw *ma来淞：奇工权,W人公众号，中春汉蔡研究所来：硬科技加速器,中泰证券研汽所241漉如NS替代人工仍存在较多难点，六维力传慰需走天键发破口O待抛光打磨的材料复杂、来料一致性差、精度差别大、形状迥异、工艺多样、生产产品切换频次高等均是目前机器人无法完美解决的问题。而在机器人末端加装一个六维力传感器，可以直接无累计误差地测量末端六维力，实现最柔顺的拖动示教和高精度/高速度/高刚度末端力感知和输出，随着六维力传感器性能不断提升，成本逐步下降，有望成为打磨抛光机器人加速渗透的重要突破口。2.4.3人形机器人有望大量使用六维力传感器六维力矩传感器能够全面反馈力觉信息，有效提升人形机器人的力度感知性能。在传统协作机器人中，六维力传感器的使用相对较少，通常依赖精确的编程和导航来完成工作，对于环境的适应性和灵活性相对较低。人形机器人需要更高的环境适应性和灵活性，需要在各种复杂的环境中行动，与人进行交互，处理各种预期的和意外的情况，这就要求能够实时感知自身的力状态。目前的主流设计方案中，人形机器人需要4个六维力传感器，分布在腕部和踝部。为实现对人手的模仿，人形机器人需要精准测量手关节的受力情况。由于手关节的执行器工作过程中的力臂较大且随机变化，一、三维力传感器不能满足需求，所以一般机器人腕部采用六维力传感器。人形机器人在行走过程中，需要测量落脚时所受的力和力矩，以控制机器人的身体姿态并维持平衡，因此需要在两个脚踝处安装六维力传感器。未来有望应用于机器人灵巧手。特斯拉OPtimUS灵巧手是现有人形机器人中最精细的，它通过空心杯电机驱动，尚未借人力传感器，但考虑到抓取操作端的需求，指尖力感知能力是进行灵巧与柔性操作的刚需，未来可能会加入多个六维力传感器，通过力矩和位置的结合使得机器人实现更加柔性的控制。图表34:六维力传感器在人形机器人领域的应用图表35:特斯拉OPtimUS灵巧手AS9MO Oooo来涯：特斯拉AlDAY,中泰证券斫究所4.4六维力传感器价格较高，降本空间可观1.J目前六维力传感器价格昂贵。国产六维力传感价格大概在10,000-60,000元/个不等，而海外老牌厂商生产的六维力传感器售价显著高于国内，ATI的六维力传感器产品价格约10万元左右。六维力传感器的制造成本主栗集中在应变片，弹性体加工成本和人工成本上。应雾片：六维力传感器中使用的座变片包括金属应变片和半导体应变片。国内应变片龙头中航电测单个金属应变片售价约12元，以使用24片应变片的六维力传感器为例，金属应变片成本约288元。MEMS技术成为主流后，半导体应变片大规模量产，有望进一步降低成本。弹性体：弹性体自身的价格比较低，TPE传感器弹性体材料的价格在每公斤10元到50元之间。按照双工作台+双方箱的带交换工作台功能的卧式加工中心计算，弹性体装卡人工时间成本约120秒/件，单件人工成本为2分钟，通过加工方式的改进（如在立式加工中心上采取连续送料多工位自动加工的方法可以大大降低人工介入时间），从而降低成本。A人工成本：产品组装、调试等。A我们认为，六维力传感器综合硬件成本约在千元左右，当前仍存在较大的降本和降价空间。图表36:中航电测应变片售价图表37:弹性体连续送料4工位自动加工装置来源：沟宝、中褰证卷研咒所来源：连进料自动加工装儿、中泰证券研竞所2.5人形机器人有望为六维力传感器新增百亿元市场空间我们预计六维力传感器单价随人形机器人量产进程逐年下降。高盛预测，如果克服诸如产品设计、用例、技术、可负担价格，以及广泛公众接受度等障碍，到2035年人形机器人市场规模将达1520亿美元，CAGR可达到94%。到2030年，人形机器人出货量可能达到100万台，并有可能成为继智能手机、电动汽车之后的下一个被广泛采用的设备。产量：保守/中性/乐观假设下，2030年人形机器人产量分别约为72万/103万/146万台A价格：单机体使用4个六维力传感器，分布于腕部和踝部，2030年价格有望降至2500元，单机器人价值量为10000/C测算：保守/中性/乐观情况下，2030年人形机器人所需的六维力传感器市场规模分别约为72/103/146亿元图表38:2030年人形机器人六维力传感器市场空间测算1情况2023年2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E，单台机器人模组用量44444444六维力传感器平均单价100009000750060005000450035002500保守产量（台）6000168004704089376169814276797451180715120YOY180%180%90%90%63%63%59%市场空间预测（亿元）2.46.014.121.534.049.863i271.5产量（台）600018000540001080002160003672006242401029996中性