机械设备行业深度：机器人硬件拆解6：末端触觉与力控

机器人硬件拆解6：末端触觉与力控 人形机器产业化加速，各类传感器是提升机器人性能的核心。Tesla推出的新一代机器人Optimus gen 2加速了人形机器人产业化的推进，新一代Tesla人形机器人中最大的增量各类传感器之间的协调使用让Optimusgen 2整体的性能大幅提升。人形机器人中使用到的传感器主要分为内传感器和外传感器：内传感器通常和电机等安装在一起以便电机更好的完成伺服控制，如测量电机转子位置和角度的霍尔传感器、磁编码器、光电编码器等；外传感器主要有力/力矩传感器、MEMS传感器、柔性传感器、视觉传感器和距离传感器等。 增持（维持） 机器人中的力/力矩传感器通常集成在执行器中和用于载荷高的关节处。由于减速器有摩擦（若配谐波减速器，还会有较高的能量损耗），执行器中电机内部依靠电流环算反馈力存在一定误差，因此更精确的做法是在电机后端集成力传感器来计算反馈力。此外，人形机器人的脚腕等关节处载荷大、方向随机，通常采用力矩传感器。由于力矩传感器中应变片贴片、六维力信号的非线性解耦解算难度较高等原因导致国内外产品目前仍有一定差距。 作者 分析师张一鸣执业证书编号：S0680522070009邮箱：zhangyiming@gszq.com 末端触觉是Optimus Gen-2最大增量，MEMS传感和电子皮肤是主流方案。MEMS传感器的核心在于MEMS芯片和ASIC芯片，MEMS传感器芯片的制程均处于微米级/百纳米级别，但其有机械结构等，因此MEMS芯片和ASIC芯片的核心在于设计和制造工艺，设计和工艺不佳会带来传感器一致性和良率不佳等问题。考虑到电子皮肤商业化后的成本和实用性，我们认为，人形机器人末端传感终局形态或为电子皮肤。 分析师何鲁丽执业证书编号：S0680523070003邮箱：heluli3652@gszq.com 相关研究 1、《机械设备：机器人硬件拆解五：灵巧手传动装置解析》2023-11-232、《机械设备：上海机器人政策落地，2025年将打造千亿级机器人产业规模》2023-10-283、《机械设备：谷歌发布RT-2模型，机器人产业进展加快》2023-08-07 电机编码器芯片设计壁垒高，磁编码器芯片已逐步实现国产化。有刷电机中的碳刷换向器需固定更换，因此人形机器人中多用无刷电机，无刷电机的核心在于驱控芯片和位置角度传感器（编码器），而编码器的核心均在于芯片，磁编码器目前已逐步实现国产化，光电编码器芯片由于难度较高仍处于实现国产化进程中。 投资建议：建议关注国内领先的BDLC电机驱控芯片设计厂商峰岹科技，3D视觉感知技术领军者奥比中光，国内电子皮肤稀缺标的汉威科技，国内领先的结构力学性能研究解决方案提供商东华测试，国内领先的六维力传感器品牌柯力传感，国内MEMS传感器芯片设计龙头敏芯股份等。 风险提示：宏观经济风险，研发进展不及预期风险，下游进展不及预期，市场竞争加剧风险，市场空间测算风险。 内容目录 1人形机器人产业化加速，传感器是仿生机器人的关键............................................................................................41.1 Tesla推出Optimus gen2，传感器助力机器人性能全面提升..........................................................................41.2机器人了解周围环境需要广泛的信息，传感器是重要的“中介”..................................................................52力/力矩传感器：机器人常用应变式六维，制造工艺难度大....................................................................................63触觉传感器：测量其本体与环境之间的物理交互信息...........................................................................................103.1 MEMS传感器：广泛应用于机器人中，压阻式压力传感器可用于手部...........................................................103.2电子皮肤：或为机器人触觉终局形态，目前发展最成熟的为压阻式..............................................................144内传感器（编码器等）：国产替代关键是核心芯片的突破......................................................................................185机器人传感器相关标的梳理................................................................................................................................225.1峰岹科技：国内领先的BDLC电机驱控芯片设计厂商..................................................................................225.2汉威科技：子公司能斯达在柔性传感器产业化中具有国际领先水平..............................................................235.3东华测试：国内领先的结构力学性能研究解决方案提供商...........................................................................245.4柯力传感：国内领先的六维力传感器品牌..................................................................................................265.5敏芯股份：国内MEMS传感器芯片设计龙头...............................................................................................26风险提示..............................................................................................................................................................28 图表目录 图表1：Tesla Optimus gen 2.................................................................................................................................4图表2：Tesla Optimus gen 2脚部结构...................................................................................................................5图表3：Tesla Optimus gen 2手部传感器展示.........................................................................................................5图表4：人形机器人大致所需传感器一览.................................................................................................................5图表5：力传感器按测量的力的类型分类.................................................................................................................6图表6：力传感器按测量的力的类型分类.................................................................................................................7图表7：三维/六维力传感器适用情况......................................................................................................................7图表8：六维力传感器在机械臂中的使用.................................................................................................................7图表9：六维力传感器在人形机器人的市场空间测算................................................................................................8图表10：各类型力矩传感器特点.............................................................................................................................8图表11：各类六维力传感器的特性.........................................................................................................................9图表12：六维力传感器结构...................................................................................................................................9图表13：MEMS传感器按功能分类.........................................................................................................................10图表14：我国MEMS传感器市场规模情况..............................................................................................................11图表15：MEMS声学传感器构造图...............................................................................................