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1中 泰 证 券 研 究 所 专 业 领 先 深 度 诚 信2023.12.31 传 感 器 行 业深 度研究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 2核心观点 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%。2）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ATI 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%。3 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，2021-2028 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，2017-2022 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、JDI 等海 外企 业 市占 率 仍然 居 于前 位，根 据QY Research 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。42）2021 年全球MEMS 惯 性传感 器市场 规模约35 亿美元，预计 将维持8-10%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）建 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。5目录CONTENTS 1 245 6 36CONTENTSCCONTENTS专 业 领 先 深 度 诚信中 泰 证 券 研 究 所1 71.1 传 感 器 是人 形 机 器 人感知 层 的 关 键 30%10 optimus 30%图表1：与人 相对应 的传感器 系统 图表2：机器 人的常 用传感器来源：传 感 器 专 家 网，中 泰 证 券 研 究 所 来源：传 感 器 专 家 网，中 泰 证 券 研 究 所81.2 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：Inertial Measurement Unit）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 类型来源：Forceinstitute，优必选，软银，中泰 证券研 究所整理机器人名 称 传感器模 块ATLAS（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WABIAN-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 91.3 MEMS 技 术有 望 广 泛 应用于 各 类 传 感器 MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）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 控制电 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 图表5：2021 年MEMS 行业市场 结构来源：芯 动联科 招股书，中泰 证券研 究 所 来源：Yole Interlligence，明皜传感招 股书，中 泰 证 券 研 究 所 101.4 MEMS 市 场处 于 高 速 增长过 程 中 全球MEMS 市场CAGR 平 均在8-9%。跟据Yole Intelligence 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%。MEMS 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%。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；2018-2022 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 图表7：中国MEMS行业市场规 模统计 预 测来源：明皜传感招股书，yole intellengce，中泰证券研究所 来源：中 商产业 研究院，中泰 证券研 究 所0501001502002502018 2019 2020 2021 2022E2023E2024E2025E2026E2027E 0200400600800100012002018 2019 2020 2021 2022 2023E11CONTENTSCCONTENTS专 业 领 先 深 度 诚信中 泰 证 券 研 究 所2 122.1 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 图表9：iGrinder 智能浮动磨 头（独 立 力控系统）来源：ESTUN，中泰证券研究所 来源：宇立仪 器：机 器人智 能力控 打 磨方法及 案例展 示，中泰证 券研究 所 132.1.1 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 图表11：机械臂 打 磨物料来源：小 牛机器 人，中 泰证券 研究所 来源：，中泰证券研究所 142.1.2 力 传 感器 是 精 准 直接力 控 最 佳 解决方 案 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KUKA LBR iiwa 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 精诚，中泰证 券研究 所 来源：Design of a Highly Dynamic Humanoid Robot，中泰证券研究所 152.2 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 圈）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。图表14：六维力 传 感器测量 原理 图表15：六维力 传 感器结构 示意图来源：俊 德科技，中 泰 证券研 究所 来源：俊 德科技，中泰 证券研 究所 16 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。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）。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 图表17：半 导体 应 变片 结构来源：应变片 的粘贴，中 泰证券 研 究所 来源：压阻传 感器基 本工作 原理及 其 相关知识 中 泰 证 券 研 究 所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 17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5 mm x 5 mm，则一个8 英寸(直径20 厘米)硅片可 切割出 约1000 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 原理来源：NMBTC，中泰证券研究所 来源：敏芯股份：MEMS 力传 感器在 多领域 中的应 用，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 182.2.3 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 数学模 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 图表21：美国的 六 维力传感 器标定 及 检测设备来源：搜 狐新闻，中泰 证券研 究所 来源：坤 维科技，中泰 证券研 究所 192.3 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ATI 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、Aidin Robotics 主 要 合作厂商 包 括 Doosan Robotics、Neuromeka 和 Rainbow Robotics；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、Bota Systems AG、ME-Me systeme GmbH、AMTl、Kistler 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 格局来源：高 工机器 人产业 研究所，中 泰 证 券研究所 来源：高 工机器 人产业 研究所，中泰 证 券研究所 20图表25：ATI 多维力 传感器结 构图来源：ATI，中泰证券研究所整理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 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ATI 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ATI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。图表24：国内外 主 要厂商产 品性能 指 标对比来源：高 工机器 人产业 研究所，中泰 证 券研究所 整理 212.3.2 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 超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%。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%。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 泰 证 券研究所 来源：高 工机器 人产业 研究院，中泰 证 券研究所 222.4 六 维 力 传感 器 的 应 用领域 广 泛 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。生物医学：包括 手 术辅助系 统、运 动 康复评估、步态 分 析、姿势 评估、功 能性评估 等。科学实验：材料 性 能测试（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 图表29：六维力 传 感器 测量 人体 肌 肉 的力 学特 性来源：高 工机器 人公众 号，中 泰 证 券 研 究 所 来源：CSDN 海伯森技术彭初恒，拥湾资本UoneCapital，中泰证 券研究 所 232.4.1 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。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。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%。预计到2023 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 图表31：ABB 协作机 器人来源：鑫 精诚传 感器官网，中 泰证券 研 究所 来源：ABB 官网，中泰证券研究所 242.4.2 打 磨 抛光 机 器 人 对六维 力 传 感 器需求 更 直 接 抛光打磨 机器人 替 代人工是 大势所 趋，但目前 国内外 尚 无成熟产 品。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（GGII）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%。打磨抛光 机器人 替 代人工仍 存在较 多 难点，六 维力传 感 器是关键 突破口。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。图表32：2016-2023 年抛光打 磨机器 人 销量及预 测 图表33：打磨抛 光 机器人面 临的难 点来源：高 工机器 人公众 号，中 泰 证 券 研 究 所 来源：硬 科技加 速器，中泰证 券研究 所0%20%40%60%80%100%120%00.20.40.60.812016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023E抛光打磨销量（万台）YoY 252.4.3 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
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