机械设备行业深度报告：传感器系列报告1：力传感器在机器人中的应用

　　当地时间2023 年12 月12 日晚，特斯拉CEO 马斯克发布了特斯拉人形机器人Optimus（擎天柱）二代机的最新视频。机器人的手部灵活性、抓取鸡蛋、深蹲、行走速度的变化，均需要对触觉传感器、力/力矩传感器等做出较大改进，后续传感器有望成为行业关注重点。
　　什么情况下要使用多维力传感器？力传感器是一种用于测量物体所受的力量的装置。它们广泛应用于各个领域，包括工业、医疗、体育等。按照感力元件，可以将力传感器大体分为应变式/压阻式、压电式/压容式、光电式等三类。目前，市场应用的六维力/力矩传感器多基于应变式测量。常规的一维力传感器用于力的方向和作用点都固定的情况下，三维力传感器则用于方向随机变化、力作用点不变的情况下。若力的方向、作用点都在变化，则需要使用六维力传感器。此外，如果力的作用点离传感器标定参考点的距离较远，且随机变化，测量精度要求较高，一般需要采用六维力传感器。
　　力矩传感器市场规模超400 亿元，六维力矩传感器尚处于发展初期。据Markets and Markets Research 数据，2021 年全球力矩传感器市场规模约为68 亿美元（约合人民币439 亿元），预计到2026 年达到90 亿美元，CAGR约为5.7%。力矩传感器目前主要用于汽车测试、测量检测、工业、航空航天与国防等领域。六维力矩传感器方面，据高工机器人数据，2022 年中国六维力/力矩传感器销量8360 套，同比增长57.97%，其中，机器人行业销量4840 套，同比增长62.58%。市场规模方面，2022 年国内六维力/力矩传感器市场规模2.39 亿元，其中机器人六维力/力矩传感器市场规模1.56 亿元。当前，六维力/力矩传感器市场规模较小，尚未形成规模效应。根据我们的计算，机器人用六维力/力矩传感器均价从2017 年的4.6 万元/套下降至2022 年的3.2 万元/套。当前仍处于较高水平。
　　六维力矩传感器:目前，六维力/力矩传感器主要应用于汽车行业碰撞测试、轮毂测试、零部件测试等，以及航空航天、生物力学、医疗康复、科研实验、机器人与自动化领域。
　　在机器人领域，六维力矩传感器对手腕、脚踝等关节是优选，但并非是必选项。根据袁俊杰等在《关节力矩反馈型协作机器人的阻抗控制研究》实验结论，六维力矩传感器安装简单，在不考虑成本的情况下，是阻抗实验的首要选择；关节力矩传感器的使用需要改变机器人结构，安装比较复杂，但通过关节力矩传感器也可以计算出末端接触力，并进行较精确的控制。
　　人形机器人：手腕及脚踝可能使用六维力矩传感器。特斯拉机器人脚掌后方可能使用六维力传感器，因为机器人的行走过程中需要保持平衡，若此时用到六维力传感器可以感测机器人脚下地面反作用力。此外，前部可能增加脚趾部位传感器，从而获得更多点信息，适应更加复杂的地面场景，可能为一维力传感器。从优必选官网展示人形机器人WalkerX、Walker、熊猫机器人悠优配置可以看出，也主要是在脚踝、手腕等4 处末端执行器采用了六维力矩传感器，可以实现在碎石、地砖、草坪、厚地、草坪等不平整地面上稳定快速行走。关节处可能使用使用电流环控制或一维力/力矩传感器。根据我们的测算，在手腕、脚踝处使用六维力矩传感器、关节处使用一维力/力矩传感器的假设下，我们测算人形机器人销量达到10 万台、100 万台时，对应六维力、力矩传感器市场空间有望分别达到48 亿元、260 亿元。
　　力传感器企业布局：全球六维力/力矩传感器主要品牌可以分为日韩品牌、欧美品牌、国产品牌三类。据GGII，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，如韩国Robotous、日本Sintokogio 等，欧美品牌可以分为传统传感器厂商（ATI、Bota Systems AG）、机器人末端工具厂商（SCHUNK）等2 类。国产六维力/力矩传感器厂商逐渐成长，如宇立仪器（SRI）、坤维科技、鑫精诚、海伯森、蓝点触控、瑞尔特等，均已有相关产品落地并进入产业化应用。总体上看，受益于机器人市场需求催化，近年来进入六维力矩传感器的厂商诸多，但真正具备量产能力的厂商仍然较少，但随着机器人等下游需求逐渐释放，各家企业已经开启加速布局。
　　投资建议：建议关注柯力传感、中航电测、八方股份、东华测试、康斯特等。
　　风险提示：下游需求不及预期，降本不及预期，测算误差风险，技术研发不及预期风险
【免责声明】本文仅代表第三方观点，不代表和讯网立场。投资者据此操作，风险请自担。

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