新技术前瞻专题系列（八）：人形机器人行业专题（一）：传感器的技术路径、竞争格局与产业重构

SECURITIES 人形机器人专题（一）： 传感器的技术路径、竞争格局与产业重构 ——新技术前瞻专题系列（八） 摘要 语言学习平台Q1：人形机器人传感器是什么？传感器是机器人感知物理世界的窗口，也是机器人迈向智能化的基础。包含各类视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、力传感器等，用于感知环境，获取关于周围世界的信息。视觉传感器是具有图像采集处理、数据传输能力的功能专门化嵌入式视觉系统，可实现目标识别定位、尺寸测量、缺陷检测、条码识别等功能；人形机器人的听觉传感器主要为麦克风，包括声音接收器、信号处理器和音频处理软件等部分；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；触觉传感器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。MEMS传感器是一种集成了微型机械、电路、传感器及控制器的复杂系统,具备微米甚至纳米级尺寸,在灵敏度、响应速度、尺寸和成本方面具有独特优势。 Q2：人形机器人大概需要多少传感器?以特斯拉的人形机器人为例，一台人形机器人需要1套视觉传感器、1套位置传感器、14个一维力矩传感器、14个一维压力传感器、4个六维力矩传感器、10个MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）触觉传感器（手指部位）、1套薄膜传感器。目前传感器方面的整体趋势是向多维度、高精度、高集成度、高延展性方向发展，高维力矩传感器和高维触觉传感器是传感器方面的当前研究重点。传感器成本占比约为30%。 Q3：人形机器人传感器机遇与挑战？政策支持，规划发展，形成安全可靠的产业链供应链体系，提高国际竞争力。同时中国也面临起步较晚、技术积累有限，与世界领先水平存在一定差距的难题，非标、混乱的生态亟需调整，核心技术亟待突破和创新，法规与伦理、安全与隐私、规模化落地应用等问题还未解决。传感器产业的特点是品类多、单一传感器产值低、产出慢，但是产业整体价值大、壁垒高、下游应用商资源可复用。这些特点决定了传感器产业的发展不是简单的“拼盘”，而是要“融合发展”。一家传感器企业如果要发展壮大，投资并购是重要的路径。 Q4：人形机器人传感器市场规模？通过测算人形机器人在不同领域的渗透率，GGII预测，2024年全球人形机器人市场规模为10.17亿美元，到2030年全球人形机器人市场规模将达到150亿美元，2024-2030年CAGR将超过56%，全球人形机器人销量将从1.19万台增长至60.57万台。2024年全球智能传感器市场规模将达到520.4亿美元,2024年中国智能传感器市场规模将达到1551.2亿元。其中，国内MEMS行业正处于“规模扩张”向“质量升级”转型期。目前在MEMS传感器市场上主要企业有芯动联科、豪威集团、歌尔微电子、瑞声科技、华润微等，伴随着需求旺盛，历年持续保持快速增长，2031年中国MEMS传感器行业市场规模有望达到2593.76亿元。 Q5：人形机器人MEMS传感器有哪些相关的投资标的？当前，人形机器人产业正加速发展，全球范围内技术竞争日趋白热化。传感器作为实现机器人感知与交互的核心部件，其需求将随产业扩张和技术迭代持续攀升，而具备技术优势的国内企业有望在该领域占据先机，受益标的：柯力传感、汉威科技、华培动力、安培龙、苏州固锝、奥比中光、瑞芯微、芯动联科等。 风险提示：下游需求放缓、技术导入不及预期、客户导入不及预期、贸易摩擦加剧 Q1人形机器人具有哪些传感器？ 1.1.人形机器人传感器的概念 传感器是机器人感知物理世界的窗口，也是机器人迈向智能化的基础。机器人在智能化发展过程中，不断对感知、交互、运动和控制等多个模块提出更高要求，而传感器在这些模块中发挥着重要作用。 1.2.人形机器人传感器发展目标 2023年11月2日，工业和信息化部印发《人形机器人创新发展指导意见》指出，想要让机器人智能化、类人化，需要聚焦人形机器人专用传感器，面向复杂环境感知需求，突破视、听、力、嗅等关键技术，形成人形机器人专用传感器产品谱系。 开发高分辨率和具有多点接触检测能力的仿人电子皮肤（触觉传感器） 开发集成高精度仿生眼与类脑处理算法的视觉传感器 推出宽频响、高灵敏的仿生听觉传感器 推出高灵敏检测多种气体的仿生嗅觉传感器 1.3.视觉传感器 视觉传感器是具有图像采集处理、数据传输能力的功能专门化嵌入式视觉系统，可实现目标识别定位、尺寸测量、缺陷检测、条码识别等功能，其低成本、小型化、开放式接口、简单易用等优点使其成为机器人应用的必然发展趋势。 奥比中光在投资者关系活动中表示，目前市面上主流的人形机器人视觉方案为使用3D结构光相机、iToF相机或同时使用3D结构光及iToF相机。 3D结构光相机方案 2014年2016年宇树的G1以及傅利叶智能的GR-1 全球知名人形机器人公司SanctuaryAI的Phoenix以及腾讯的小五 iToF相机方案 3D结构光+ iToF 星尘智能的S1 1.4听觉传感器 人形机器人的听觉传感器主要为麦克风，包括声音接收器、信号处理器和音频处理软件等部分。 语音识别:建立人和机器之问的对话。通过模式识别技术识别未知的输入声音,通常分为特定话者和非特定话者两种方式,特定语音识别是预先提取特定说话者发音的单词或音节的各种特征参数并记录在存储器中,后者为自然语音识别。 声检测型：主要用于测量距离等。由于超声波传感器处理信息简单、成本低、速度快,广泛的被应用于机器人听觉传感器 机器人的听觉功能通过听觉传感器采集声音信号,经声卡输人到机器人大脑。机器人拥有了听觉,就能够听懂人类语言,实现语音的人工识别和理解 资料来源：优必选官网、东兴证券研究所 1.5.力传感器 人形机器人的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，为机器人的力控和运动控制提供了力感信息，从而对完成一些复杂、精细的作业，实现机器人智能化其着重要作用。 1.6.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。 2014年2016年限于批量化生产技术的限制，柔性触觉传感器/电子皮肤仍处于起步阶段，且国内厂商柔性触觉传感器产品性能与国外存在一定差距，主要应用在消费电子领域，在人形机器人领域的应用处于验证阶段。代表厂商如帕西尼亦推出了多维触觉传感器、消费级触觉传感器、触觉灵巧手等相关产品。 资料来源：帕西尼官网、东兴证券研究所 1.7.主要人形机器人传感器——MEMS传感器技术简介 MEMS传感器是一种集成了微型机械、电路、传感器及控制器的复杂系统,具备微米甚至纳米级尺寸,在灵敏度、响应速度、尺寸和成本方面具有独特优势。MEMS传感器广泛应用于压力、温度、加速度、角速度、力、扭矩和流量等物理量的测量,并在汽车、电子、工业自动化及机器人等领域发挥着重要作用。在机器人领域, MEMS传感器具有至关重要的作用。 Q2人形机器人大概需要多少传感器? 2.1.传感器是机器人的重要组成部分成本占比约30% 以特斯拉的人形机器人为例，一台人形机器人需要1套视觉传感器、1套位置传感器、14个一维力矩传感器、14个一维压力传感器、4个六维力矩传感器、10个MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）触觉传感器（手指部位）、1套薄膜传感器。目前传感器方面的整体趋势是向多维度、高精度、高集成度、高延展性方向发展，高维力矩传感器和高维触觉传感器是传感器方面的当前研究重点。 传感器成本占比约为30%。以特斯拉Optimus为例，当前整体BOM成本为42.08万元，传感器是价值占比最大的环节，成本达12.86万元，占比约为30%。 图9：特斯拉人形机器人 Q3人形机器人传感器具有哪些机遇与挑战? 3.1.人形机器人有望接力成为颠覆性产品 语言学习平台《人形机器人创新发展指导意见》文件指出，人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品，发展潜力大、应用前景广，是未来产业的新赛道。 2025年 2027年 人形机器人创新体系初步建立，“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破，确保核心部组件安全有效供给。 人形机器人技术创新能力显著提升，形成安全可靠的产业链供应链体系 整机产品达到国际先进水平，并实现批量生产，在特种、制造、民生服务等场景得到示范应用，探索形成有效的治理机制和手段。 构建具有国际竞争力的产业生态，综合实力达到世界先进水平 产业加速实现规模化发展，应用场景更加丰富，相关产品深度融入实体经济，成为重要的经济增长新引擎 培育2-3家有全球影响力的生态型企业和一批专精特新中小企业，打造2-3个产业发展集聚区，孕育开拓一批新业务、新模式、新业态。 3.2.人形机器人传感器水平亟待提升 力传感器 到2025年，完成人形机器人系列化力传感器的设计与制造，满足驱动关节、手指、足底等肢体末端力测量需要，并在人形机器人上开展实际应用。传感器采用低成本、高性能的设计，精度达到0.5%FS，响应时间优于0.03s，具有智能信息采集与处理能力，提升力传感器的智能化水平。 到2025年，完成高性能、低成本的MEMS传感器研制，具有较强的抗振动和抖动性能，俯仰角和横滚角静态精度为0.1°，零偏稳定性（1σ，10s平滑）不低于0.3°/h，MEMS姿态传感器具有强的鲁棒性和智能稳定算法。 到2025年，完成小体积高可靠性高稳定性的手部触觉传感器研制，实现指尖、指腹和掌面部位传感器阵列密度1mm×1mm（厚度≤0.3mm）；力检测范围0.1N/cm2~240N/cm2(10g/cm2~24kg/cm2)±5%；最小检测力10g。 3.3.人形机器人传感器国产化任重道远 传感器作为现代信息技术的支柱之一，各国都投入大量资源予以支持。其中，美国、日本、德国的市场份额合计占到近七成，而我国起步较晚、技术积累有限，与世界领先水平存在一定差距。但近年来，国家出台了一系列政策支持国内传感器产业的发展，政策重点聚焦在加快推进基础理论、基础算法、装备材料等研发突破与迭代应用。在此大背景下，中国消费类电子的传感器，在市场的拉动下已经有了很大的进步。在工业领域，部分领域已有成功的“国产替代”案例和经验。但高端产品目前卡脖子情况仍较为严重，国产替代之路任重道远，但在市场、政策、技术的多重催化下有望加速前行。 国产替代任重道远 3.4.行业尚处起步阶段，快速迭代发展 壁垒高 语言学习平台产出慢 下游应用商资源可复用 单一传感器产值低 融合发展，投资并购 随着行业集中度正逐步提高，众多小规模企业因技术落后、制造水平低下、资金链紧张等问题，预计在日益激烈的市场竞争中将逐步被淘汰或者通过被行业同行投资并购，从而进一步提升行业集中度。 在国际上，全球传感器厂商超6500家，而2017-2021年全球传感器产业有超过200家公司被行业巨头收购。在国内，传感器行业以中小企业为主，整体实力较弱，产品同质化严重，竞争格局呈现小而散状态。 人形机器人的发展仍处于快速迭代过程中，并未形成定型化和标准化，目前整个行业都处于向前发展的过程中。 Q4MEMS传感器全球市场规模以及竞争格局是怎样的？ 4.1.人形机器人市场规模 通过测算人形机器人在不同领域的渗透率，GGII预测，2024年全球人形机器人市场规模为10.17亿美元，到2030年全球人形机器人市场规模将达到150亿美元，2024-2030年CAGR将超过56%，全球人形机器人销量将从1.19万台增长至60.57万台。 中国在