特斯拉人形機(jī)器人Optimus量產(chǎn)在即。根據(jù)特斯拉計(jì)劃，將會(huì)在2025年啟動(dòng)Optimus機(jī)器人的限量生產(chǎn)階段，初期產(chǎn)量將保持較低水平，主要用于特斯拉內(nèi)部的運(yùn)營(yíng)需求，預(yù)計(jì)2025年量產(chǎn)千臺(tái)級(jí)Optimus機(jī)器人，2026年Optimus機(jī)器人將進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段。
國(guó)內(nèi)方面，優(yōu)必選、宇樹、傅立葉、智元、樂聚等人形機(jī)器人本體廠商引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)程；華為、小鵬、小米、廣汽集團(tuán)等加碼布局人形機(jī)器人賽道，重量級(jí)玩家不斷增多加速產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。
從人形機(jī)器人供應(yīng)鏈來看，本體、靈巧手、絲杠、減速器、傳感器、電機(jī)等都是值得重點(diǎn)關(guān)注的高價(jià)值環(huán)節(jié)。
其中，傳感器是人形機(jī)器人感知層關(guān)鍵零部件。人形機(jī)器人所用傳感器包括力/力矩傳感器、觸覺傳感器、視覺傳感器等，本文重點(diǎn)梳理力/力矩傳感器環(huán)節(jié)。
01
力傳感器行業(yè)概覽
力傳感器是檢測(cè)和度量力的裝置，由力敏元件、轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)處理單元等具體元件組成。
根據(jù)感力原理的不同，力傳感器主要分為應(yīng)變式、光學(xué)式、電容式和壓電式幾類。
整體來看，電容傳感器的成本優(yōu)勢(shì)明顯、光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)特性優(yōu)勢(shì)突出、壓電傳感器的剛度和動(dòng)態(tài)特性較優(yōu)。
而硅應(yīng)變傳感器在穩(wěn)定性、信噪比以及動(dòng)態(tài)特性等方面有較大優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前的主流技術(shù)。
按照測(cè)量維度的不同，力傳感覺器可以分為一維至六維力傳感器。
從主流的傳感器的測(cè)量維度來看，一、三、六維力矩傳感器為常見產(chǎn)品，二、五維力矩的相對(duì)較少。
而測(cè)量維度的數(shù)量越多，產(chǎn)品生產(chǎn)難度越大。
其中，六維力矩傳感器壁壘最高，且產(chǎn)品定價(jià)較高。
人形機(jī)器人對(duì)力傳感器需求明確，以特斯拉人形機(jī)器人Optimus為例，關(guān)節(jié)使用扭矩傳感器和拉力傳感器，手腕和腳腕關(guān)節(jié)使用六維力傳感器，能夠同時(shí)測(cè)量三維空間中的三個(gè)力分量和三個(gè)力矩分量，為機(jī)器人提供全面的力覺信息。
手腕和腳腕關(guān)節(jié)使用六維力傳感器：
資料來源：特斯拉官網(wǎng)
六維力傳感器是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化力控制的核心零部件。
在人形機(jī)器人的末端安裝六維力傳感器，可以獲取力傳感器往后段的力覺信息。
例如，智元機(jī)器人公司的遠(yuǎn)征A2W內(nèi)置六維力傳感器，配備兩個(gè)高精度力控7自由度雙臂，定位于工廠柔性制造場(chǎng)景，對(duì)比單一位置控制方式，可以基于力控進(jìn)行更精細(xì)化控制。
資料來源：智元機(jī)器人官網(wǎng)
與單維力傳感器相比，多維力傳感器除了要解決對(duì)所測(cè)力分量敏感的單調(diào)性、一致性問題外，還需解決因結(jié)構(gòu)加工和工藝誤差引起的維間干擾問題、動(dòng)靜態(tài)標(biāo)定問題以及矢量運(yùn)算中的解耦算法和電路實(shí)現(xiàn)等，對(duì)設(shè)備和材料要求較高，研發(fā)制造難度遠(yuǎn)高于單維力傳感器。
另外，六維力傳感器還存在全方位機(jī)械過載保護(hù)、溫度漂移和穩(wěn)定性控制、多通道信號(hào)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和傳感器融合等技術(shù)壁壘。
六維力傳感器所需應(yīng)變片數(shù)量也是單維力傳感器的數(shù)倍，疊加生產(chǎn)難度大，其成本遠(yuǎn)高于單維力矩傳感器。
應(yīng)用領(lǐng)域來看，六維力傳感器早期應(yīng)用場(chǎng)景以航天領(lǐng)域的空間機(jī)械臂為主，目前六維力矩傳感器的應(yīng)用下游以機(jī)器人、醫(yī)療領(lǐng)域?yàn)橹?，未來人形機(jī)器人有望打開六維力矩傳感器的應(yīng)用新場(chǎng)景。
目前六維力傳感器市場(chǎng)基數(shù)偏小，尚未形成明顯規(guī)模效應(yīng)。
全球市場(chǎng)格局來看，國(guó)外老牌廠商眾多，歐美國(guó)家起步較早。
ATI率先開發(fā)出六維力和力矩傳感器，能夠測(cè)量XYZ三個(gè)方向的力和力矩。在全球六維力傳感器市場(chǎng)中，ATI占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，是眾多機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備制造商的首選供應(yīng)商。
此外，AMTI、Epson、Schunk、Kistler等海外廠商在靈敏度、串?dāng)_等方面也具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
國(guó)內(nèi)方面來看，早期我國(guó)研發(fā)團(tuán)隊(duì)多為國(guó)防軍工和科研院所，受益于機(jī)器人市場(chǎng)需求催化，市場(chǎng)近年來入局者也在逐年增加。
整體來看，六維力傳感器市場(chǎng)格局較為集中，前十廠商合計(jì)份額達(dá)約70%。
其中國(guó)外企業(yè)如ATI等仍占據(jù)較大份額，國(guó)內(nèi)廠商中，宇立儀器、藍(lán)點(diǎn)觸控、坤維信息、鑫精誠(chéng)、海伯森等具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，部分指標(biāo)對(duì)標(biāo)海外產(chǎn)品，柯力傳感、昊志機(jī)電、安培龍、神源生智能、瑞爾特測(cè)控等公司近年來也加速布局。
未來人形機(jī)器人批量應(yīng)用帶來的降本需求，六維力/力矩傳感器國(guó)內(nèi)供應(yīng)商產(chǎn)業(yè)閉環(huán)有望逐步實(shí)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈有望加速實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。（來源樂晴智庫精選）
