人形机器人-力传感器行业深度：竞争格局、市场预测、产业链及相关公司深度梳理

财富 2024-11-20 12:00 河北

在现代社会，科技的飞速发展催生了无数高科技产品，它们不仅改变了我们的生活方式，也在各个行业中发挥着至关重要的作用。在这些产品中，力传感器作为核心部件，特别是在机器人技术、工业自动化、医疗设备等领域，其重要性不言而喻。六维力传感器作为维度最高的力传感器，技术难度大，生产效率低，价格昂贵，目前市场规模有限。但随着人形机器人量产，市场增量可期。国产化率有望提升，有望加速替代进程。

本文旨在介绍力传感器的相关知识，我们将从力传感器的定义、功能以及分类等基础知识切入，探讨驱动行业发展的因素。接下来，我们将重点讲解发展潜力巨大的六维力传感器，包括其关键性能指标、产业链结构以及产业壁垒与市场竞争格局等内容。同时，我们将分析其在人形机器人领域的应用前景。最后，我们将列出国内一些知名企业，希望通过这些内容，能够增进大家对力传感器的认识和理解。

01

行业概述

1、力传感器概念

力/力矩/力觉传感器是一种检测和度量力/力矩的装置，它能够将作用在其上的力转换为电信号或其他形式的信号，以便于信息的收集、传输、处理、分析和显示。下文将力、力矩、力觉传感器统称为力传感器。

力传感器主要包括本体单元和应变/形变检测系统两大部分，由力敏元件、转换元件和信号处理单元等具体元件组成，能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。当有力作用时，力施加于传感器本体单元上，并引起本体单元的应变或形变，检测系统（应变片或光学系统）可感知本体的应变或形变，通过电路将其转化为相应电压，继而通过测量电压值来表征力的大小，并转换成可用输出信号，最终实现力的测量。

在组成元件中，力敏元件指力传感器中直接感受或相应被测量的部分，转换元件指力传感器中能将力敏元件感受或相应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。例如应变式力传感器的力敏元件是弹性敏感元件（弹性体），常见的弹性体材料有铝合金、合金钢和不锈钢，转换元件为贴在弹性体上的应变片（计），如电阻应变片，信号处理单元一般为电路，包括漆包线、PCB板等，应变片在电路中充当电阻。

2、力传感器的作用

力传感器应用领域广泛，包括工业自动化、汽车、消费电子、医疗设备、航空航天等。力传感器的终端应用主要分为衡器与非衡器两大类。衡器主要指力传感器用于称重，如电子衡器、工业控制、在线控制、安全过载报警及材料试验机等领域。非衡器主要指力传感器通过测力用于过程控制、自动化等环节。

在汽车领域，力传感器可用于保证作业质量，例如在碰撞测试、轮毂测试、座椅等零部件测试中发挥重要作用。

消费电子中的力传感器则主要用于触屏功能的实现，以及为用户提供更准确的导航信息、运动数据及健康数据。

在医疗行业中，力传感器可用于测量人体运动、重力、压力等，帮助医生了解病人的生理状态以及治疗方案的评估，以及应用于手术机器人等医疗设备的精密控制等。

在工业自动化领域，力传感器被广泛应用于各种机械臂、生产线上的力控环节，通过使用力传感器，可以精确地测量和控制力的输出，以确保生产过程中的各个环节都能够准确地完成各自的任务，如工业打磨、力控装配、拖动示教等，是应用最广泛的领域之一。当前力传感器在动力设备、工程机械、各类工作母机和工业自动化系统中，已成为不可缺少的核心部件。

同时在人形机器人（以下简称人机）使用的执行器中也有所应用。

3、力传感器的具体分类

按照测量维度的不同，可以分为一维至六维力传感器，每种类型的传感器根据其测量的力的方向和作用点的不同，适用于不同的应用场景：

一维力传感器：这种传感器只能测量沿一个特定方向的力。适用于力的方向和作用点固定不变的情况，例如简单的称重或压力测量。代表产品有称重传感器、压力传感器等。

三维力传感器：能够测量三个正交方向上的力，通常是X、Y和Z轴方向。适用于需要测量空间中任意方向力的场景，例如机器人的力控制。

六维力传感器：是一种特殊的力传感器，能够同时测量三个正交力和三个正扭矩。这种传感器是维度最高的力觉传感器，能够提供最全面精准的力觉信息。六维力传感器适用于需要精确控制和感知复杂交互力的应用，如机器人手术、精密装配、拖动示教等。

最常见的是一维、三维和六维力传感器，二维（测量两个正交方向上的力，通常是水平和垂直方向）、四维（在三维力传感器的基础上增加了对某一方向力矩的测量）和五维（测量三个正交力和两个正交力矩）的力传感器较少。

根据其测量原理不同，力传感器可以分为光电式、应变式、电容式、压电式等类型。其中，应变式传感器在稳定性、刚度、信噪比等多个方面具备优势，且因其精度高、价格低和易用而最受欢迎，应用范围最广。根据蓝炬光科官网数据，在所有力传感器中，应变式力传感器应用最为广泛，其使用量约占力传感器总量的90%左右。相比应变式传感器，压电、电容和光电等测量原理的传感器有一定的理论研究和实验基础，但下游尚未得到广泛应用。不过随着相关研究的不断深入，不同测量机理的传感器将会发挥自身优势被应用到各种场合，进而推动力传感器向多元化方向发展。

在应变式力传感器中，硅（或半导体）应变片式力传感器性能更优。应变式传感器按照应变片的分类，可以分为金属电阻应变片（工具钢、不锈钢、铝合金或铍铜等）或硅（半导体）应变片力传感器。半导体应变片式传感器与金属应变片式传感器相比，具有灵敏系数高（约高50-100倍）、机械滞后小、体积小（相比金属应变片式传感器小几个量级）、耗电少等优点。例如ATI的传感器（六维力传感器）使用的就是硅应变片，极大的提高了信噪比，内部结构稳固，稳定性极高，使用硅应变片的传感器厂商还包括SCHUNK、埃力智能。不过半导体应变片式传感器也存在温度系数大，非线性比较严重，价格略高（硅应变的工艺）等缺点。

金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。

硅应变片是利用半导体单晶硅的压阻效应制成的一种敏感元件，在实际应用中半导体应变片式传感器被称为压阻式压力传感器。早期该类传感器需要将半导体应变片粘贴在试件上测量试件应变或粘贴在弹性敏感元件上间接地感受被测外力，上世纪70年代后期，研制出了周边固定的力敏电阻和硅膜一体化的扩散型压阻式压力传感器，克服了粘贴带来的滞后、蠕变及固有频率较低和集成化困难的缺点，且把应变电阻条和误差补偿、信号调理等电路集成在一块硅片上，例如MEMS压阻式压力传感器。

目前六维力/力矩传感器站在力觉传感器的顶端，市场应用的六维力传感器大部分也是应变片式。与一般力传感器分类类似，六维力传感器主要包括电容式、压电式、光电式和应变片式等类型。相较于因原理和结构限制而较难用于多维力/力矩测试的电容式和电感式传感器、以及因静态性能较差而无法在多场景使用的压电式传感器，电阻应变式力传感器能够广泛兼顾不同需求，既能测静态载荷、又能测动态载荷，因此更受研究领域和市场欢迎。不过随着相关研究的不断深入，不同测量机理的传感器将会发挥自身优势被应用到各种场合，进而推动六维力传感器向多元化方向发展。

4、六维力传感器的优点显著

相比其他维度传感器，首先六维力传感器能提供更全面的力或力矩数据，增加了测量的维度；其次六维力传感器通过高精度的联合加载标定，可获得强大的非线性拟合能力，其内部算法会解耦各方向力和力矩间的干扰，增加了测量准确性；最后，在获取力矩信息后，六维力传感器还可以利用力矩信息来推算获取受力部件的姿态，监测力矩是否在安全范围内，以避免传感器的过载损坏。因此当应用场景中力的作用点离传感器标定参考点的距离较远、随机变化或测量精度要求较高时，六维力传感器以其独特的测量能力和高级解耦算法，成为提高测量准确性和可靠性的必选方案。

02

驱动因素

1、人形机器人将推动六维力传感器高速发展

传感器作为机器人感知外界环境的关键部位，在人形机器人系统中处于重要地位。在众多可感知的外界信息中，如视觉、听觉、嗅觉、力觉等，力觉感知能获取机器人与外界环境之间的相互作用力，是机器人最为基础和关键的环境信息获取方法之一。力觉信息的准确获取，是机器人对环境状态的认知和顺利完成后续的力反馈与力控制的基础和前提。

六维力/力矩传感器通常安装于机器人末端执行器与机械臂之间。在传统机器人中的应用场景包括力控、力觉反馈、质量检测、动态控制。在人形机器人中六维力/力矩传感器能够实现力控、摆动稳定控制、安全控制。

特斯拉推动人形机器人商业化加速，Optimus迭代速度惊人。2021年8月，马斯克在特斯拉AIDAY上首次提出Optimus的概念，并计划在未来让人形机器人取代人类从事部分危险工作和重复劳动。相比工业机器人，人形机器人的核心在于与智能化和类人化，所以智能制造、商业服务和家庭场景可能会是人形机器人的主要应用场景，市场空间广阔。2023年12月，特斯拉发布的OptimusGen2已能完成单腿瑜伽等复杂动作，自2022年发布demo起仅两年，迭代速度惊人。而在人工智能大模型的发展加持下，人形机器人的“iPhone时刻”有望在不久到来。

国产人形机器人加速迭代。2016年优必选推出Walker原型机，腿部拥有12个自由度，可以完成行走和上下斜坡的动作。2023年优必选推出工业版人形机器人WalkerS，身高1.7米，体重60kg，可替换末端执行器，搭载41个高性能伺服关节以及多维力传感器，机器人自主运动及决策能力大幅提高，可在工业及商用场景广泛应用。

人形机器人有望推动六维力传感器高速发展。以Optimus为例，约需要14个力传感器、14个力矩传感器和4个六维力传感器，在人形机器人的腕部和踝部均需配备一个六维力传感器。目前除了特斯拉Optimus、优必选Walker系列以外，达闼科技的小紫XR-4、美国宇航局的Valkyrie也都已采用六维力传感器来提升机器人的性能。目前六维力传感器下游增长最快的应用领域就是人形机器人行业，预计在2026-2030年，人形机器人的规模量产将显著增加，从而带动六维力传感器需求，市场有望迎来快速扩容期。

2、政策支持行业加快发展

传感器行业作为高端装备细分领域，在智能家居、3C消费电子、机器人等领域渗透率不断提升，国家及各地方政府出台一系列政策为行业发展助力。2021年至2024年国家层面上（国务院、发改委、市场监管总局、工信部联合多个部门）和地方层面上（北京市、上海市、广东省、黑龙江省等省市）颁布多项政策，推动传感器行业加速发展。其中重点提出加快关键技术突破，推动传感器技术升级。

2021年工信部等实务部门颁布《"十四五"机器人产业发展规划》，其中提出鼓励研制三维视觉传感器、六维力传感器和关节力矩传感器等力觉传感器、大视场单线和多线激光雷达、智能听觉传感器以及高精度编码器等产品，满足机器人智能化发展需求。

03

产业链分析

完整的六维力产业链涉及上游组件、中游制造和下游多元应用场景。以当前主流的应变片式传感器为例，其材料组件包括弹性体、应变片、电路板、粘接剂和外壳等，通过几十道工序（分为选料、贴片、温漂和零漂的控制、标定等四大环节）制作而成合格产品，主要应用于汽车行业的碰撞测试、轮毂、座椅等零部件测试以及航空航天、生物力学、医疗领域、科研实验、机器人与自动化等领域。

1、上游组件：应变片和弹性体是核心部件，对产品性能有决定性影响

（1）应变片

应变片是敏感元件，其材料选择，以及在弹性体上的位置分布，都决定了传感器的最终性能。应变片一般由敏感丝栅、基底、覆盖层、粘贴剂、引出线组成。敏感丝栅是应变片的核心部分，其作用是将应变变化转换为电阻值变化。以金属电阻应变片为例，一般采用直径为0.025mm左右的镍铬或康铜细丝制成（或用很薄的金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成栅状），为了更好的使应变片感受结构的变形，电阻丝一般做成栅状。金属箔式应变片相对于金属丝式敏感栅粘贴面积大，可以更好地随被测物体变形，横向效应小，散热条件好，允许通过的电流值较大，可根据实际需要制成各种形状，便于批量生产等，因此已逐渐取代金属丝式应变片。金属电阻应变片的疲劳寿命与金属材料、基底材料以及后续的安装过程等相关。

应变片价格差异较大。根据京东工业品以及爱采购平台数据，国外品牌金属应变片（包括美国Vishay、德国HBM）价格区间200-3500元/片之间，国内品牌中航电测应变片（一般为金属应变片）价格区间为6-110元/片之间，国外品牌硅应变片（包括日本NMB、美国AllSensors、美国Novasensor品牌）价格区间为110-860元/片之间，国内品牌硅应变片价格区间为20-50元/片之间。可见国内外品牌应变片价格差异较大，进口应变片价格较高。

（2）弹性体

弹性体用于粘贴应变片，从而和应变片一起发生形变，导致电阻产生变化，最后通过惠斯通电桥输出信号、提供这些变形信息，由此计算出作用在应变片上的力的大小。

弹性体材料一般选用硅胶或合金材质。弹性体既要有刚度，可以形变一致及恢复，又要有良好的耐受性和防腐性能，能够精确传递受力信息，并保持在相同受力时的形变一致性和完全复位性。弹性体的外形多样，可以是实心或空心的圆柱体、等截面圆环、等截面或等强度悬臂梁、扭管等，也可以是弹簧管(波登管)、膜片、膜盒、波纹管、薄壁圆筒、薄壁半球等。优质的弹性体可以增强六维力传感器的机械加工、热处理、抗压强度等特性，由于受温度影响较小等特点，选择适当的弹性体原件可以有效地提高应变传感器的性能。

2、中游生产流程：贴片、加工、检测等环节关键

以应变式力传感器为例，生产流程主要包括应变片贴片、弹性体加工及后处理工艺。具体来看，生产制造中主要环节包括弹性体加工，打磨、划线，贴片，固化、老化，组桥走线，零点补偿，焊线，初测，封胶、焊封，重测等多个流程。其中对最终产品性能影响较大的工艺流程包括弹性体的制造与加工、应变片的贴片、检测等环节。

弹性体结构、材料及所选加工工艺将直接关系到传感器工作性能的优劣（测力精度、灵敏度、寿命等）。原因在于力传感器在工作时，弹性体会产生变形，并在其表面产生应变，对弹性体的要求是尽可能线性并高重复性地转换力为应变，弹性体对力传感器的综合性能和长期稳定性起关键作用。结构设计方面，对于多维力传感器，由于存在耦合效应必须进行力的解耦，其中一个办法就是通过设计合理弹性体结构进行结构解耦，以提高力传感器的测力精度。此外，由于表面变形的不均匀会产生较大的残余应力，而切削用量越大、残余应力就越大，磨削加工产生的残余应力最大，因此需针对弹性体制定合理的加工工艺和规定适当的切削用量。

应变片贴片质量的优劣也将影响力传感器的精度、可靠性和稳定性。应变片的粘贴要求粘贴牢固、定位准确、焊接可靠、绝缘性好、防潮措施充足。

3、下游应用：以工业为主，人形机器人为潜在增量

从六维力传感器下游行业看，工业自动化是第一大下游应用，人形机器人是增速最快的下游应用。其中工业自动化行业中，柔性化产线对六维力传感器需求保持增加，但受制于工艺原因暂未大批量使用；人形机器人行业对六维力传感器有确定的大批量需求，未来伴随人形机器人的成功量产需求有望进一步增长；汽车行业中应用已较为成熟，暂未有大型新应用场景的出现；此外军工、航天航空和医疗等行业对六维力传感器的需求保持稳定增长。

04

六维力传感器核心性能指标

评判六维力传感器产品优劣有三大性能指标：串扰、精度和准度，三项指标缺一不可。其中，串扰指标用来衡量多维力传感器各测量方向间的耦合影响，反映测量误差水平；精度反映稳定性；准度反映真实性。

（1）串扰值是对传感器某一维度施加力时，其他维度受到的干扰值。测试串扰的方法为：分别对六维力传感器的六个测量方向精确加载至各自的额定载荷，然后记录六个方向的测量结果。例如，仅对Fx方向加载到额定载荷，标定载荷（理论真值）为Fx100%FS，其它方向0%FS；而实际测量结果反映了Fx对其它五个测量方向的耦合干扰情况，即Fx作用下的串扰。多维力传感器厂商往往选择表格中的最大串扰值作为其串扰指标。例如，如果测量结果中2.9%是串扰结果的最大值，产品手册里就会写“串扰≤3%”。串扰指标1%FS左右属于行业领先水平，2~5%FS比较常见。

当实验不止对传感器的单一方向加载载荷时，其他测量方向收到的耦合干扰并不仅仅是串扰结果的叠加，而往往大于上表的串扰指标。因此，多维力传感器的串扰指标，只能大概表明产品的耦合干扰情况。为了准确描述六维力传感器的测量误差水平，还要用“精度”和“准度”这两个指标。

（2）精度衡量的是测量结果之间的重复性。精度的测试方法是：在相同环境条件下，在额定载荷范围内，进行多次重复联合加载相同一组载荷后，计算得到的传感器测量值的标准差，并除以量程。

（3）准度衡量的是测量结果与理论真值的偏离程度。准度的测试方法为：对传感器进行多组多维联合加载，计算得到的传感器测量值与所加载荷理论真值之间的标准偏差，并除以量程。准度涵盖滞后、线性、蠕变等误差因素，更能体现产品综合性能，是六维力传感器最为核心的技术指标之一。以射箭作类比，如果射出许多箭，那么重复精度就指箭簇的大小。如果所有的箭头聚集在一起，则认为这个箭簇是精确的。通常一个具备极佳线性度的测量传感器，同时也是非常精确的。

除上述三个主要参数以外，判断六维力传感器性能优劣的其他参数指标还有满量程、灵敏度、滞迟、分辨率、过载能力等。综合来看，六维力传感器技术要求高、进入门槛高，决定产品质量的关键问题多且复杂。这些问题的解决要求生产厂商有严格的加工精度、强大的产品性能与前沿的智能算法；同时在设备端有六维联合加载设备进行标定与检测，设备研发涉及多项综合技术。

05

六维力传感器壁垒

六维力传感器生产的技术垒高，相比一维力传感器并非三个扭矩传感器结构的简单叠加关系，而是呈次方式的难度幂增长。六维力传感器的非线性力学特征明显，要考虑多通道信号的温漂、蠕变、交叉干扰、数据处理的实时性，十分复杂，生产制造厂商需要解决这些复杂问题。具体来看，六维力传感器的技术壁垒主要体现在①传感器的结构解耦设计、②标定检测技术及设备、③控制漂移误差以及④生产流程尚未实现自动化。

1、壁垒一：传感器的结构解耦设计

耦合程度越低，测量误差越小，六维力传感器的性能越好。串扰是评定一个六维力传感器性能优劣的重要参考指标，所谓串扰，就是各维度之间的耦合。理论上六维力矩传感器在单一维度的力或力矩作用下，只在相应维度上产生输出，其他维度没有输出；但由于零部件精度、传感器结构、横向效应等因素，各个测量方向间存在耦合——在涉及多个负载的测量任务时，当施加某一单方向的力或力矩时，在其他轴上也有很小的输出信号，即其他维度会产生力分量的输出，影响传感器的精度。六维力传感器的串扰越小越好，1%FS（Full Scale，全量程）算是比较优秀的产品，2-5%FS比较常见。

减少六维力传感器耦合误差的方式主要分为结构解耦和算法解耦两种。其中，1）结构解耦指改变结构和材料、改善加工工艺等，从根源上进行结构解耦。2）算法解耦也被称为软件解耦，指利用合适的算法推导出六维力传感器输入值与输出值的关系。算法解耦的主要方法有两种，分别是线性解耦（如最小二乘法）和维间（非线性）解耦（如机器学习算法）。由于传感器结构和电桥电路的非线性原因，最小二乘法求得的结果误差较大，因此工业中多用非线性解耦算法来进行求解。

结构解耦与算法解耦都存在一定的技术门槛。

1）对于结构解耦而言，为抑制各轴间的相互干扰，每个测量单元的变形模式必须有选择性，即对某方向载荷敏感并产生较大应变的同时，在其它方向上又具有较大刚性。这就引发了两个技术问题：①如何通过结构优化技术在提高传感器刚性的同时保证必要的灵敏度，否则会影响测量性能；②为了提高产品的通用性，传感器本体结构必须小型化，但小型化会降低传感器刚性。刚性、灵敏度、小型化等相互冲突的要求需要进行权衡和兼顾。

2）对于算法解耦而言，难度在于：①训练样本的合理性以及强迫学习算法模型的非线性模拟能力直接影响到传感器的测量性能和生产效率；②高效的机器学习技术涉及到MDOE和统计分析等专业知识和某些特定的经验方法，而这些都是常规力学传感器厂商无法在短期内掌握和摸索出来的。

2、壁垒二：标定检测技术及设备

检测与标定将直接影响传感器的解耦过程和解耦结果的检验。标定指建立传感器原始信号和受力之间的映射关系的过程；检测指通过对比传感器测量结果和理论加载值的差异来判断精度和准度。相比一维力传感器，六维力传感器需要标定的样本点呈指数级增长，假设每个维度设定9个样本点，一维力传感器仅需9个样本点，而六维力传感器需要标定531441个样本点（图中黄色点）。同样的，检测也需要更多的样本点（图中蓝色点），同时要满足随机性和非相关性的要求。

标定检测设备对产品影响大，成本高昂，需自行研制。六维力传感器的标定及检测设备需要空间光学定位、载荷位移补偿、机电一体化等多种技术的协同配合，需要成熟的工程经验。目前只有六维联合加载设备可以实现0.5%FS的精度。六维联合加载设备主要组成部件包括传感器支撑装置、自动加载系统、位移测量系统及数据采集系统，但这类设备属于非标设备，无法直接采购，需要六维力传感器厂商自行研制，不同公司的六维联合加载设备的形态差别非常大。生产过程中，一旦某个细节出现偏差，加载效果就会不理想，产生耦合误差，严重影响六维力传感器的准度。同时该设备的生产成本也十分高昂，造价约在500-800万/套。

3、壁垒三：控制漂移误差

传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的变化，代表了传感器长时间工作的稳定性。漂移主要包括零漂和温漂：1）零点漂移又称零点温度漂移，指当传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值的现象。一般以温度每变化10℃时，引起的零平衡变化量对额定输出的百分比来表示。2）温度漂移也称为灵敏度温度漂移，指当温度变化时，传感器输出值的偏离程度，一般以温度变化1℃，输出最大偏差与满量程的百分比进行表示。

漂移影响传感器的测量结果，需要进行调整。传感器的零点如果出现漂移，则必须经常进行仪器调零以消除测量误差，一旦零点漂移量超出传感器的调零范围，传感器将无法正常使用。温漂会影响力传感器的测量结果。

漂移绝对零值的理想化产品目前无法实现。绝对零值的理想化传感器产品可以降低使用者做数据处理的难度。然而目前技术阶段实际的传感器总是会存在零点漂移和温度漂移。主要原因有：1）六维力传感器本身的解耦解算是非线性的，敏感元件本身的感应非线性和温度响应的非线性加剧了这种非线性，所以，考虑到温度响应的传感器解析模型是高阶非线性的叠加态，解算难度过高，难以实现；2）温度会使传感器本身产生热胀冷缩效应，这种效应本身就是一种微小的形变，传感器无法做到只对受力引起的传感器形变敏感，而对热胀冷缩引起的形变不敏感。

目前减少漂移的方法无法彻底解决漂移问题。目前技术上可以做到的减少漂移的方法有：硬件补偿（合理的设计、选择适当的材料）、软件补偿、温度补偿以及自我矫正法等。这些方法可同时使用，但都有挑战性，对于力传感器厂商来说，将漂移控制在一定时间范围内以及将整体漂移量控制在较低水平仍存在较大的技术壁垒。

4、壁垒四：生产流程尚未实现自动化

六维力传感器的应变片贴片环节仍需人工手动，大批量产存在难度。六维力传感器所需应变片的数量远高于单维力传感器。在产品生产时需要完成应变片的焊接加工，但是目前六维力传感器尚未实现完全自动化贴片，依然是以人工显微镜下的手动贴片为主。因此，六维力传感器仅在贴片环节就需要耗费更多的时间和人力成本。当前六维力传感器的市场容量有限，人工贴片可以满足市场需求，若未来需求爆发式增长，能否实现自动化生产将成为决定六维力传感器厂商发展的重要因素。

06

竞争格局

1、全球六维力矩传感器企业

从价值量较高的六维力矩传感器市场来看，国外老牌厂商众多，但受益于机器人市场需求催化，中国市场近年来入局者也在逐年增加。从代表企业的分布来看，全球六维力传感器主要分为日韩地区、欧美地区和国产地区三大阵营，各阵营企业呈现不同的配套特点：

日韩地区：六维力传感器的制造商主要配套当地机器人本体厂商，如韩国企业Robotous、Aidin Robotics的主要合作厂商包括Doosan Robotics、Neuromeka和Rainbow Robotics；日本企业SINTOKOGIO和WACOH-TECH的主要合作厂商包括发那科、电装、三菱、那智不二越、安川等，EPSON的六维力传感器则主要配套其自己的工业机器人使用。

欧美地区：六维力传感器的制造商主要分为两大类：一类是传统的传感器制造商，另一类是专注于机器人末端执行器的厂商。在传统传感器领域，知名的品牌包括ATI、BotaSystems AG、ME-Meßsysteme GmbH、AMTI和Kistler等。而在机器人末端工具领域，全球领先的制造商有SCHUNK、OnRobot和Robotiq等。欧美的六维力传感器制造商通常与协作机器人的生产商进行合作，其中一些知名的合作客户包括优傲机器人（Universal Robots）、达明机器人（Daewoo Robotics）和欧姆龙（Omron）等。

中国地区：宇立仪器、坤维科技、鑫精诚等位于第一梯队，各家厂商下游应用的侧重有所差异。宇立在工业机器人磨抛行业和汽车碰撞测试行业应用更多；坤维科技在协作、医疗手术/检测和康复机器人领域具备明显优势，同时其产品在航空航天领域具备行业核心竞争力；鑫精诚凭借苹果供应商的身份已将其产品推入到3C行业，同时在机器人行业和医疗行业也有布局。其他国产六维力传感器厂商也在逐渐成长，如海伯森、蓝点触控、神源生智能、瑞尔特等，均已有相关产品落地并进入产业化应用。其他厂商如重庆鲁班机器人技术研究院、埃力智能等，通过自主研发力传感器技术，已经具备六维力/力矩传感器的生产能力，部分产品型号开始进入下游用户的验证测试阶段。

2、外资主导国内市场，国产厂商逐步追赶

外资六维力矩传感器厂商在国内市场占据主导，国产厂商逐步追赶。根据共研产业咨询数据来看，国内市场六维力传感器市场集中度较高，CR5占比超过50%。其中ATI（美国）占据绝对龙头地位，份额占比为22.4%，其次是宇立仪器（中国）占比12.2%、Epson（日本）占比6.4%、蓝点触控（中国）占比4.8%、坤维科技（中国）占比4.7%。

目前，国产六维力传感器与外资主流产品在精准度方面已基本对齐，但在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距，且真正具备批量化产品供应能力的厂商依然偏少。近几年国内品牌凭借供应链优势进一步降低成本，在保证性能的同时提供价格更低的产品以及优质的服务，国产化率逐步提升。但目前国产厂商市场份额仅仅略高于30%，国内六维力传感器市场仍以外资品牌为主，外资品牌在产品和应用上占有较大先发优势。

07

市场预测

1、六维力传感器市场规模预测

根据睿工业数据，2023年中国市场六维力传感器出货量为9450套，同比增长17.4%；市场规模2.35亿元，同比增长14.6%。当下六维力传感器市场规模较小，国内外品牌价格区间约为2-4万元，价格昂贵且应用场景少。柔性化生产是推动六维力销量提升的主要原因，增速呈现平稳增长状态；近两年更多厂商布局六维力传感器参与竞争，产品价格有所下降，应用场景不断拓展。随着未来人形机器人实现规模化落地，以及更多场景的需求被挖掘出来，六维力传感器的需求量和市场规模将快速上升。根据睿工业数据，预计2027年行业将迎来增速拐点，进入高速成长阶段，预计2030年六维力传感器的出货量和市场空间将分别增加到119.5万台和143.3亿元。

2、传感器在人形机器人领域的应用讨论

传感器于人形机器人，相当于感知器官于人类。人类感官包括视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉等，而力觉/触觉是仅次于视觉的人类信息来源，辅助人类进行平稳行走、操作和避障等。

现在有多条技术路线并行发展，各有优劣，根据场景不同存在差别：

1）电流环力控：通过感知电机内部电流变化来进行反馈和控制，不需要额外的传感器，原理简单，成本低，但控制精度较低，主要用于四足机器人和小型机器人中；

2）六维力传感器：用于手腕和脚腕末端，辅助机器人实现精密操作和身体平衡控制，成本较高，但作用关键，是目前大部分人形机器人产品的标配；

3）纯位置控制+视觉传感器：没有用到力传感器来进行力控和反馈，完全依靠视觉和算法来控制，这种路线减少了传感器的使用，可以大幅降低硬件成本，但对算法要求极高，是人形机器人厂商追求的方向。

未来的技术演进存在不确定性，与技术发展和应用场景有关。目前产业处在早期发展阶段，场景、成本和技术路线均存在不确定性。未来力觉方案的演进主要受几方面因素影响：1）算法水平：算法的进步可以降低机器人对传感器的依赖，从而减少传感器的数量；2）成本变化：随着机器人销售规模的增加，传感器的成本可能大幅降低，从而降低了下游厂商的使用门槛；3）应用场景：如果机器人未来走向非结构化场景，例如家庭、户外等，环境信息更加复杂，对于传感器的需求将大幅提升。

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参考研报

1. 申万宏源-机械设备行业机器人系列深度报告之十八：六维力传感器，机器人高壁垒+高价值量+增量方向

2. 华宝证券-机器人行业人形机器人专题报告四：六维力传感器，人机末端力觉来源，行业格局变化在即

3. 中邮证券-机械设备行业力传感器：高价值量零部件，人形拉动广阔需求空间

4. 源达信息-力传感器行业专题研究：六维力传感器，高附加值核心部件，人形机器人推动行业长足发展

5. 甬兴证券-人形机器人行业深度报告（一）：六维力传感器，人形机器人带来广阔市场，国内企业有望充分受益

6. 东莞证券-机械设备行业机器人系列报告（二）之六维力传感器：行业加速发展，机器人催生六维力传感器需求

7. 国海证券-电力设备行业六维力和力矩传感器行业报告：类人力控核心组件，产业推进降本提质

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