人形机器人深度之三：更精确的感知，更高效的交互

更精确的感知，更高效的交互--人形机器人深度之三证券分析师 ：曾朵红、阮巧燕执业证书编号：S0600516080001、S0600517120002研究助理：许钧赫执业证书编号：S0600123070121联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn联系电话：021-601997982024年2月26日证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分 摘要2◆人形机器人感知模块是运控与交互基础，遍布全身，未来成长空间广阔。人形机器人主流传感器包括，1）位觉传感器：使用量1颗IMU，用来测量机器人的运动及姿态信息，一个价格400-2000元，未来或取消；2）视觉传感器：国内深度相机+激光雷达，特斯拉为纯视觉方案，1个鱼目摄像头+2个普通摄像头；3）关节力控传感器：特斯拉每个线性关节在电机外分别放置1个一维压力传感器；每个旋转关节在减速器外分别放置1个一维力矩传感器，国内方案不一。4）手腕和脚踝传感器：每个手腕脚踝分别放1个六维力矩传感器（可选装），价格2-4万/个，但降价空间大。5）触觉传感器：手部增加触觉传感器可提高灵巧手性能，多种技术路线布局；特斯拉直接使用10个触觉传感器。市场空间看，若2030年人形机器人全球量产116万台，考虑特斯拉市占率65%，并考虑降价，则预期六维力矩传感器市场空间230亿>一维力矩市场空间140亿>触觉传感器100亿。◆六维力矩传感器壁垒高空间广，国产替代加速：主流技术为电阻应变式，其综合性能最优，精度高、技术成熟、测量范围广，其中应变式中硅应变片为未来产业方向，其优势在于灵敏度高（高50-100倍），机械滞后小、体积小、耗电少（温度稳定性有待提高）。六维目前空间小，22年国内销量不足5k台，生产壁垒高，包括结构解耦设计、贴片靠熟练技术工、自研开发六维联合加载设备用于标定与检测。格局上看，海外老牌厂商多，多有较长历史，产品精度高，但价格高昂，一般为4-5w/个；国内企业规模上小，龙一为宇立科技，预计份额50%，其余厂商坤维科技、鑫精诚、海伯森、蓝点触控均已推出产品，同时东华测试、重庆鲁班机器人技术研究院、昊志机电、埃力智能等，也已初步具备六维力/力矩传感器的生产能力，部分产品已开始送样测试。◆触觉传感器多技术路线并行，追求极致性能，美企领先，中国企业未来可期。触觉传感器追求高灵敏度（多维力感知）、高集成度（单位面积列阵单元多）、高延展性（耐用、高分辨率柔性材料）、成本低，以便获取物体信息，提升灵巧手抓取的力和力矩的控制效果，对硬件、生产工艺、算法均要求高。目前多技术路线并行，短期看，压阻式传感器技术难度低、成本可控，更多在中低端领域放量；而电容式及电磁式性能更优，抗干扰能力提升后，放量潜力大；视触觉传感器理论上限高，随数据积累及大模型成熟，同时集成度提升后，未来潜力大。格局上，美企领先，但中国企业加速布局，未来可期。◆投资建议：综合考虑价值量、未来产业趋势，我们认为传感器投资排序六维力矩>触觉传感>关节传感>双目摄像头>IMU。建议关注六维力矩相关企业东华测试、华培动力、华依科技；建议关注触觉感知相关公司，汉威科技、柯力传感；建议关注双目摄像头公司奥比中光。◆风险提示：销量不及预期，价格竞争超市场预期，传感器于机器人应用进程不及预期，国际贸易摩擦及大客户依赖风险 目录3人形机器人感知模块是运控与交互基础，遍布全身六维力矩传感器壁垒高空间广，国产替代加速触觉传感器多技术路线并行，美企领先，中国企业可期重点公司情况投资建议与风险提示 人形机器人感知模块是运控与交互基础，遍布全身4 感知模块是人形机器人具身智能的基础数据来源：BFT机器人，东吴证券研究所◆感知是交互的基础：人形机器人包括感知模块、交互模块、运控模块，感知模块是基础，为交互与运控模块提供信息，并实时反馈，以便机器人感知外部环境和物体、调整运控规划。◆感知是软硬件结合，遍布全身，不同传感器进行数据融合：类似于人类的各类感官神经，提供视觉、位觉、触觉、力觉等信息，分布于人形机器人的各类关节中，包含软硬件算法，各数据可进行融合，提供运控规划准确性。图 人形机器人三大构成部分感知模块交互模块运控模块多目摄像头毫米波雷达力传感器触觉传感器力矩传感性激光雷达IMU超声波雷达高精地图灵巧手惯性导航任务分解任务描述规划路径正解运动规划决策规划运动规划力控制控制位置控制芯片与算法滚柱丝杠无框电机谐波减速器RV减速器棉麻器伺服电机平衡与运动执行行走步态手部抓取身体：运动控制视觉、触觉、位觉等大脑：决策5 ◆位觉传感器：使用量1颗IMU，用来测量机器人的运动及姿态信息，一个价格400-2000元，未来或取消。◆视觉传感器：国内深度相机+激光雷达，特斯拉为纯视觉方案，1个鱼目摄像头+2个普通摄像头。◆关节力控传感器：特斯拉每个线性关节在电机外分别放置1个一维压力传感器；每个旋转关节在减速器外分别放置1个一维力矩传感器，普通价格400元/个，高端价格4000元/个。国内方案不一。◆手腕和脚踝传感器：每个手腕脚踝分别放1个六维力矩传感器（可选装），价格2-4万/个，但降价空间大。◆触觉传感器：手部增加触觉传感器可提高灵巧手性能，多种技术路线布局；特斯拉直接使用10个触觉传感器。数据来源：Tesla，东吴证券研究所6人形机器人传感器至关重要，遍布全身图：特斯拉人形机器人不同功能传感器分布手肘：旋转执行器*1*2腰髋部：旋转执行器*3*2肩膀：旋转执行器*3*2123123大臂：线性执行器*1*2小臂：线性执行器*2*2大腿：线性执行器*2*2小腿：线性执行器*2*212Mems传感器◆线性关节14*一维力矩传感器◆旋转关节14*一维压力传感器◆手指10*触觉传感器◆位觉传感器IMU*1◆摄像头*3◆红外线传感器（未定）薄膜传感器视觉方案◆脚腕六维力矩传感器*2（可选）手腕：六维*2（未定）脚踝：六维*2 ◆综合考虑价值量、未来产业趋势，我们认为传感器排序六维力矩>触觉传感>关节传感>双目摄像头>IMU数据来源：传感器技术，东吴证券研究所7六维力矩>触觉传感>关节传感>双目摄像头>IMU图：人形机器人各类传感器对比类别产品功能用量/台价值量/个格局产业趋势视觉传感器摄像头/RGBD相机/激光雷达测量物体距离和深度；根据不同场景选择最优量程和精度1个2000-3000元Inter的模块产品性能成熟，市占率高；国内奥比中光切入较成熟位觉传感器IMU定位，测量机器人的运动及姿态信息，并反馈至运控模块1个400-2000元在消费电子级汽车中已成熟应用，博世等海外大厂占据绝大部分份额，国内芯动联科、华依科技等起量若六维力矩普遍应用，有可能取消IMU运控传感器旋转关节：一维力矩测量力的形态，并转化为电信号，反馈至运控模块，以便更好执行动作14个400-4000元一维力/力矩低端产品国内可量产，价格低；高端进口产品价格可高10倍。六维力矩目前是小众市场，国产已突破，但性能较海外厂商有差异，价格高，但降本空间大未来趋势是使用多维力矩，精度更高。但若手指传感器精度足够，手腕可取消六维线性关节：一维压力14个200-400元手腕：六维力矩（选用）2个2万-4万脚踝：六维力矩（选用）2个2万-4万触觉传感器Mems触觉传感器一维至六维，同时触点面积大小决定手部可放置几个10个100-3000元一维Mems传感器成熟，三维和六维海外厂商明显领先未来趋势往多维度、高精度、高集成度、高延展性方向发展，若视觉方案成熟，具备成本优势，或快速替代薄膜传感器由于一维传感器用于手部精度受限，但用于身体部分位置，可提升防撞感知10-1000元薄膜电容传感器低端产品技术成熟，价格低廉视觉方案基于视觉，利用各种算法做到数据融合，以此模拟触感感知的效果2个500美金美国Facebook利用Mit的研究成本在做产研，已有产品出售国内智元机器人也研发并使用该方案 ◆从视觉感知看，特斯拉纯视觉成本低：特斯拉基于自动驾驶积累的强大纯视觉算法，在人形机器人上简化使用三颗摄像头，成本极低，而国内厂商如智元、宇树，一般采用激光雷达+深度相机。◆运控系统看，特斯拉追求精度，国内方案不一：特斯拉为追求精度，旋转/线性采用一维力/力矩传感器，而国内部分厂商采用电流环方式，无需使用力传感器。◆触觉方案看，各家未定型：特斯拉gen-2仅发布手指新增使用10个触觉传感器，未透露更多细节；宇树明确表示，手指将自研并使用基于视觉方案的触觉传感器。数据来源：公司官网，东吴证券研究所8不同厂商传感器设计各异，特斯拉轻视觉重运控图：人形机器人传感器的应用方案对比企业名称视觉感知旋转关节线性关节手指手腕脚踝特斯拉Optimus1个鱼目摄像头2个普通摄像头14个一维力矩传感器14个一维力传感器10个触觉传感器无2个力传感器智元机器人Raise A11个RGBD相机1个激光雷达无无视觉方案的触觉传感器宇树H1深度相机3D激光雷达傅里叶gr-1优必选Walker XRGBD相机双目相机 ◆市场空间看，若2030年人形机器人全球量产116万台，考虑特斯拉市占率65%，并考虑降价，则预期六维力矩传感器市场空间230亿>一维力矩市场空间140亿>触觉传感器100亿。数据来源：东吴证券研究所9力矩传感器及触觉传感器未来市场空间潜力大图：人形机器人市场空间测算2025E2026E2027E2028E2029E2030E2040E全球机器人新增需求（万台）361530601162,812特斯拉（万台）25122242751,322-份额90%85%80%75%70%65%47%非特斯拉（万台）013718411,490IMU（万套）361530601162,812-单价（元/套）2,0001,9001,8051,7151,5431,235661-单台用量（个）1111111市场空间（亿元）1135914186激光雷达（万套，非特斯拉）013718411,490-单价（元/个）8,0007,6007,2206,8596,1734,9381,720-单台用量（个）1111111市场空间（亿元）01251120256深度相机（万套，非特斯拉）013718411,490-单价（元/个）2,0001,8001,7101,5391,3851,108594-单台用量（个）1111111市场空间（亿元）00113588一维力传感器（万套，特斯拉）32731653115921,05718,501-单价（元/个）400380361343309262132-单台用量（个）14141414141414市场空间（亿元）136111828245一维力矩传感器（万套，特斯拉）32731653115921,05718,501-单价（元/个）2,0001,9001,8051,7151,5431,312346-单台用量（个）14141414141414市场空间（亿元）614305391139639六维力矩传感器（万套）51229591212325,623-单价（元/个）20,00019,00018,05017,14815,43310,0311,217-单台用量（个）2222222市场空间（亿元）102353102186233684触觉传感器需求量（万套）5102444851512,643-单价（元/套）10,0009,5009,0258,5747,7166,173889-单台用量（套）2222222市场空间（亿元）51021386593235 六维力矩传感器壁垒高空间广，国产替代加速10 ◆信息最全面的力控传感器：六维力矩利用传感器中不同的感力元件，将力信号转换成电信号，能够同时测量三个轴向力Fx、Fy、Fz和三个轴向力矩Mx、My、Mz，能够满足任何方向上力的检测。六维力矩传感器不仅将力矩转为电信号，提供力信息，还可以获得内部受力的姿态，与三维力矩传感器相比，其能够消除弯矩对力测量的干扰，确保测量结果更加精确可靠。数据来源：坤维科技，东吴证券研究所11六维力矩传感器提供最全面的力信息及受力姿态图：六维力矩传感器图图：多维力传感器对比原理应用一维力矩传感器当力的方向和作用点都是固定的，一