/ 电气设备行业专题研究 人形机器人系列专题之力传感器:六维力核心壁垒高,国产企业崭露头角 / 2025年01月22日 【投资要点】 传感器是软件控制和硬件零部件的桥梁,是物理世界与数字世界的接口,是实现具身智能的关键。人形机器人需要的传感器包括:视觉传感器、听觉传感器、力传感器、运动传感器、触觉传感器。 力传感器:将力/力矩的量值转换为相关电信号。六维传感器是维度最高的力觉传感器,能给出最为全面的力觉信息,能够测量三个正交方向的力和三个正交方向的力矩,目前以应变式为主流。在人形机器人领域,六维力传感器的主要作用在于力控、摆动稳定控制、安全控制。六维力传感器的核心壁垒在于结构耦合设计、标定校准、数据精确采集、解耦算法。 六维力传感器应用场景广泛,远期或超百亿市场空间。六维力传感器目前主要应用于汽车行业的碰撞测试、轮毂测试和零部件测试等,以及航空航天、生物力学、医疗康复、科研实验、机器人与自动化等领 域;后续随着人形机器人的商业化推进,六维力传感器的出货量有望随之加速增长;根据我们计算,当全球人形机器人年产量50万台、 六维力传感器价值量5000元/个时,按照单台人形机器人的六维力传 感器用量4个计算,人形机器人带来的市场空间达百亿。 竞争格局:目前六维力传感器市场份额较为集中,外资主导、内资追赶。根据睿工业的数据,2023年国内市场六维力Top10厂商占据接近70%份额,国内市场仍旧是外资主导,但长期来看,国内厂商相较于外资厂商核心优势在于凭借供应链优势带来的性价比优势、效率更高的反馈服务,内资厂商市场份额有望进一步扩大。 【配置建议】 六维力核心壁垒较高,我们认为当前阶段,人形机器人主机处于量产前夕,具备六维力传感器相关技术积累、其他传感器技术横向迁移能力、与主机厂深度绑定的厂商具备先发优势,有望率先享受市场红利;长期来看,随着人形用六维力传感器的核心参数定型,厂商之间更多比拼规模化生产能力、供应链管理能力。 因此当前阶段,我们建议关注送样进度领先、技术实力深厚的相关标的:推荐柯力传感、凯尔达、东华测试;建议关注安培龙、华培动力、索辰科技(计算机组覆盖)、凌云股份、开特股份。 【风险提示】 人形机器人商业化进度不及预期;市场竞争加剧风险;产品研发和技术进展不及预期等 挖掘价值投资成长 强于大市(维持) 东方财富证券研究所 证券分析师:周旭辉 证书编号:S1160521050001 证券分析师:郭娜 证书编号:S1160524070001 联系人:郭娜 电话:021-23586475 相对指数表现 33.92% 24.64% 15.37% 6.09% -3.18% -12.46% 1/223/225/227/229/2211/22 电气设备沪深300 相关研究 《澳洲锂矿最新动态追踪》 2024.12.31 《国内外头部玩家躬身入局人形机器人,央地政策鼓励》 2024.12.14 《固态电池产业链梳理》 2024.12.02 《创新引领,东方既白》 2024.11.29 《东南亚双反落地在即,美国光伏格局影响几何?》 2024.11.29 行业研究 电气设备 证券研究报告 2017 正文目录 1.传感器:感知外界信息,是控制与执行的前提4 2.力传感器:六维力核心壁垒高,是实现精准力控的优选方案7 2.1.根据维度分为单轴、多轴力传感器7 2.2.六维力起源于航空航天,目前应变式是主流8 2.2.1.源于航空航天,在人形机器人领域作用至关重要8 2.2.2.目前应变式是主流,技术成熟、精度高9 2.3.六维力的壁垒与核心:技术壁垒高,标定设备需自研11 2.3.1.三大核心性能指标:串扰、精度、准度11 2.3.2.核心技术壁垒:结构耦合设计、标定校准、数据精确采集、解耦算法 .................................................................................................................................12 2.3.3.标定/检测设备:高精度六维力传感器研发、生产的必要条件13 2.4.六维力传感器理论市场空间:远期或超百亿市场空间15 3.海外暂时领先,国产企业崭露头角17 3.1.竞争格局:海外领先,国内追赶17 3.2.相关标的19 3.2.1.柯力传感:构建传感器产业森林,六维力送样进度领先20 3.2.2.凯尔达:打造人形机器人平台,投资控股多维力/力矩传感器公司21 3.2.3.安培龙:温/压/氧传感器三大产品线,加速拓展力传感器23 3.2.4.东华测试:结构性能测试龙头,六维力技术能力突出24 3.2.5.华培动力:放气阀组件细分领域龙头,传感器事业部向六维突破26 3.2.6.索辰科技:国内CAE龙头,成立机器人事业部27 3.2.7.凌云股份:主业行业领先,拓展传感器业务28 3.2.8.开特股份:扭矩传感器可向机器人拓展28 3.3.投资建议29 4.风险提示30 图表目录 图表1:传感器的主要分类方式4 图表2:人形机器人传感器应用位置示意图4 图表3:人形机器人主要传感器介绍4 图表4:一维/三维/六维传感器的测力对比7 图表5:飞行器的六分量同时测量8 图表6:六维力传感器应用于骨科手术机器人8 图表7:六维力/力矩传感器在机器人领域的应用8 图表8:六维力传感器在人形机器人上的主要作用及功能9 图表9:人形机器人领域力传感器应用位置示意图9 图表10:不同类型六维力/力矩传感器对比10 图表11:电阻应变式六维力传感器原理10 图表12:六维力传感器示意图10 图表13:硅/金属箔应变式传感器具备多方面优势10 图表14:六维力传感器的重要参数和其含义解释11 图表15:六维力传感器的精度、准度的示意图12 图表16:六维力传感器的不同结构设计13 2017 图表17:一维标定、六维标定&检测的样本空间比较图14 图表18:一维标定设备14 图表19:六维标定&检测设备14 图表20:六维力传感器下游应用空间广泛15 图表21:2023年中国市场六维力传感器下游应用份额16 图表22:不同量产规模下人形机器人带来的六维力传感器新增市场规模(亿元)16 图表23:2020-2023年国内市场六维力传感器内外资出货占比17 图表24:2023年国内六维力传感器厂商营收排名-份额17 图表25:六维力传感器部分企业简介18 图表26:六维力传感器相关上市公司技术水平、送样验证情况对比19 图表27:柯力传感2019-2024Q1-3业绩情况20 图表28:柯力传感2023年分产品营收占比20 图表29:柯力传感及参控股公司的多物理量传感器矩阵产品20 图表30:柯力传感机器人传感器产品21 图表31:凯尔达2019-2024Q1-3业绩情况21 图表32:凯尔达2024H1分产品营收占比21 图表33:凯尔达主要产品22 图表34:安培龙2019-2024Q1-3业绩情况23 图表35:安培龙2024H1分产品营收占比23 图表36:安培龙主要产品类别23 图表37:安培龙力矩传感器产品图23 图表38:东华测试2019-2024Q1-3业绩情况24 图表39:东华测试2024H1分产品营收占比24 图表40:东华测试具体业务介绍24 图表41:东华测试多维力/力矩传感器检测校准装置25 图表42:华培动力2019-2024Q1-3业绩情况26 图表43:华培动力2024H1分产品营收占比26 图表44:华培动力动力总成事业部-主要产品26 图表45:华培动力传感器事业部-主要产品26 图表46:索辰科技2019-2024Q1-3业绩情况27 图表47:索辰科技2024H1分产品营收占比27 图表48:索辰科技主要产品类型27 图表49:凌云股份2019-2024Q1-3业绩情况28 图表50:凌云股份2024H1分产品营收占比28 图表51:开特股份2019-2024Q1-3业绩情况28 图表52:开特股份2024H1分产品营收占比28 图表53:行业重点关注公司29 2017 1.传感器:感知外界信息,是控制与执行的前提 感知是控制和执行的前提,人形机器人可通过传感器实现对外界光、力、声、电等信息的感知,为控制和执行提供实时反馈。感知层的传感器是软件控制和硬件零部件的桥梁,是物理世界与数字世界的接口,是实现具身智能的关键。 按照检测变量、应用场景、输出量、转换原理等,传感器有不同的分类。 图表1:传感器的主要分类方式 分类方式 主要类别 检测变量 位置/运动传感器、力传感器、温度传感器、光学传感器、声音传感器、 磁场传感器、气体传感器、湿度传感器、生化传感器等 应用场景 航天级、军工级、工业级、医疗级、科研级、消费级等 输出量的性质 模拟传感器、数字传感器 敏感材料不同 金属类材料、半导体材料、陶瓷类材料、高分子类材料等 转换原理不同电阻式、电容式、电感式、光电式、光栅式、热电式、压电式等 资料来源:传感器专家网微信公众号,信熹资本,东方财富证券研究所 人形机器人对感知要求较高,涵盖了视觉、力觉、听觉、触觉等方面。 图表2:人形机器人传感器应用位置示意图 资料来源:高工机器人微信公众号,Yole,高工机器人产业研究所(GGII),东方财富证券研究所 图表3:人形机器人主要传感器介绍 类型 基本介绍 特点 视觉传感器 通过相机硬件和计算算法,让机器人处理来自现实世界的视觉数据,根据技术路线可分为结构光、ToF、双目/多目视觉、激光扫描等。 通常配备先进的机器视觉系统,结合多模态感知能力和AI算法,以实现环境感知、目标追踪、导航规划、人机交互等功能。 听觉传感器 主要为麦克风,包括声音接收器、信号处理器和音频 模拟人听觉功能,用于接收和识别声音信号,进而实 现语音识别、语音合成、声源定位等功能 处理软件等部分 通过采集角速度与加速度等惯性信息可以用于推算人形机器人的实时位置与运动轨迹。同时,它可以与机器人搭载的多传感器融合,在数据类型和数据频率 间实现互补。 运动传感器主要为惯性传感器(IMU),人形机器人位移姿态检测和稳定性控制主要依赖于MEMSIMU。 运动传感器 力传感器主要为力矩传感器,其可以在各种旋转或非 旋转机械部件上对扭转力矩感知进行检测,将扭力的物理变化转化为精确电信号的一种传感器。 力传感器 主要作用为感知并度量力,应用于人形机器人关节部位,其中六维力传感器是维度最高的力矩传感器,能给出最为全面的力觉信息,是力传感器领域的高价值品类。 触觉传感器 大多被排列成矩阵组成阵列触觉传感器,空间分辨率可达毫米级,接近人类的皮肤,因而被称为“电子皮肤”。 可覆盖于人形机器人三维载体表面,实现与环境接触力、温度、湿度、震动、材质、软硬等特性的检测,是人形机器人实现类人触觉的关键。 2017 资料来源:高工咨询等《2024中国人形机器人产业发展蓝皮书》,坤维科技微信公众号,东方财富证券研究所 视觉传感器方面:在国内传统制造业自动化与数字化升级的驱动、以及国内机器视觉技术不断更新迭代的背景下,国内本土厂商的市场份额持续提升,出现了海康机器人、奥比中光、舜宇、梅卡曼德、博升光电、安思疆、中科融合等一批产业链优秀厂商,且奥比中光、舜宇、安思疆等企业的视觉传感器已在商用服务机器人领域实现大批量应用。 听觉传感器方面:相关技术已较为成熟,广泛应用于各类电子产品中,实现语音识别、环境噪音检测等功能,国内听觉传感器产业发展已相对成熟,可满足人形机器人领域对听觉传感器的需求。 六维力传感器方面:近年来入局者逐年增加,但受限于该领域的高技术壁垒,真正具备批量化产品供应能力的厂商依然偏少,其中坤维科技、鑫精诚传感器、宇立仪器、蓝点触控、神源生等厂商已具备批量化生产能力。 惯性传感器方面:根螺仪的偏零稳定性可将MEMSIMU分为消费级(>15° /h