人形机器人系列专题（一）感知系统：多传感融合构建具身智能信息端口

证券研究报告 人形机器人系列专题（一） 感知系统：多传感融合构建具身智能信息端口 电子行业强于大市（维持） 证券分析师 陈福栋投资咨询资格编号：S1060524100001徐勇投资咨询资格编号：S1060519090004 2025年3月13日 请务必阅读正文后免责条款 1 投资要点 人形机器人潜力巨大，智能感知是核心子系统之一。人形机器人目前尚处于产业早期阶段，由于其拟人属性，未来有望深刻变革人类生产生活方式，市场潜力巨大。感知层是人形机器人核心子系统之一，人形机器人通过视觉、力觉、触觉等多传感融合协调完成对环境的感知和各种类人精细操作，成本占比约15，地位举足轻重。 视觉：人形机器人最主要的环境信息输入口。3D视觉负责周围环境的实时建模，技术路线包括双目多目视觉、结构光、ToF等，人形机 器人厂商根据自身软件处理能力选择纯视觉或多传感融合解决方案，激光雷达可直接测量深度信息，实现点云成像，大部分人形机器人厂商均搭载激光雷达，但人形机器人领导者特斯拉仍采用纯视觉解决方案。国内奥比中光专注3D视觉解决方案，构建了较为完整的3D视觉技术体系，稀缺性明显，竞争力强。 力觉：力传感惯性传感助力完成精细动作。力力矩传感负责感知并反馈多维力信息，是人形机器人完成类人精细操作的核心传感器。 六维力传感可同时感知三维度的力信息和三维度的力矩信息，是维度最高的力传感器，价值量高，目前主要用于人形机器人手部力控和脚部力控，国内宇立仪器、坤维科技、蓝点触控拥有一定市场份额，上市公司中柯力传感、昊志机电均有布局。惯性传感负责维持人形机器人躯体平衡以及导航定位等，MEMSIMU体积小、质量低，是人形机器人惯导的最佳选择，该领域芯动联科具有较强竞争力。 触觉：类人交互之必备，电子皮肤有望大放异彩。触觉传感主要负责感知环境、物体的多维物理量，如材质、纹理等，且在视觉受限的 情况下，触觉也负责人形机器人与环境的交互，目前主要应用于灵巧手。电子皮肤是一种仿生柔性触觉传感系统，可附着于人形机器人表面，是赋予机器人类人感知的重要一环。目前电子皮肤行业尚处于早期阶段，市场容量小，技术门槛高，整体看Novasentis、Tekscan、JDl等海外公司呈引领之势，国内上市公司中，汉威科技、福莱新材等有所布局。 投资建议：感知系统是人形机器人核心子系统之一，视觉、力觉、惯性、触觉等多种传感器融合协作，为人形机器人与环境交互提供实 时信息来源和反馈。3D视觉、六维力力矩传感、MEMSIMU、电子皮肤等是人形机器人感知系统的核心价值量所在，随着人形机器人逐渐落地，上述多种传感器将迎来巨大的增量市场，前景可观。推荐芯动联科，建议关注奥比中光、柯力传感、汉威科技、福莱新材、奥普特。 风险提示：（1）技术产品开发不及预期的风险。（2）下游落地不及预期的风险。（3）国内传感器行业进展不及预期的风险。 目录CONTENTS 一、人形机器人潜力巨大，感知层是核心子系统之一 二、3D视觉：人形机器人最主要的环境信息输入口 三、力觉：力传感惯性传感助力完成精细动作 四、触觉：类人交互之必备，电子皮肤有望大放异彩 五、重点关注3D视觉六维力传感MEMSIMU电子皮肤 六、投资建议与风险提示 人形机器人目前尚处于行业发展的早期阶段，尚未实现大规模应用，但鉴于其拟人化的独特属性，有望深刻变革人类生产生活方式，未来市场潜力可观。 人形机器人市场在未来几年有望逐渐落地，并持续高速增长。根据GGII测算，2025年，全球人形机器人销量预计约26万台，到2030年预计将达到606万台，期间CAGR约876，对应市场规模（销售金额）CAGR约561；国内市场，2025年销量预计约09万台，2030年预 计将达到271万台，期间CAGR约994，对应市场规模CAGR约617。 全球人形机器人市场规模中国人形机器人市场规模 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 00 销量（万台）销售金额（亿美元）单价（万美元台） 2025E2026E2027E2028E2029E2030E 70 60 50 40 30 20 10 00 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 00 销量（万台）销售金额（亿元）单价（万元台） 2025E2026E2027E2028E2029E2030E 450 400 350 300 250 200 150 100 50 00 感知层是人形机器人必不可少的核心子系统之一，是人形机器人与外界交互的信息入口。人形机器人子系统包括：感知层、运动层、心智层和动力层，感知是控制和执行的前提，是人形机器人完成各种类人行为的信息入口，人形机器人通过各类传感器模组系统实现 对环境的感知，并为控制和执行提供实时反馈。 感知层是人形机器人重要的成本项，根据TrendForce数据，人形机器人成本构成中，感知层成本占比15，地位举足轻重。 人形机器人关键零部件构成图人形机器人关键零组件成本占比 数据来源：TrendForce，平安证券研究所 运动层心智层感知层动力层 仿照人类，人形机器人感知系统主要由视觉、力觉、触觉、听觉等组成。视觉是人形机器人与环境交互的核心，主要负责3D环境的实时感知和建模；力觉测量并反馈精密的力信息，是机器人完成精细操作的核心传感器，惯性传感则负责维持机器人躯体平衡并与视觉 搭配共同完成机器人定位导航；触觉主要是感知环境、物体的多维物理量，如材质、纹理等，且在视觉受限的情况下，触觉也负责与 环境的交互。以上多种传感器相互协调融合，共同构成人形机器人完整的感知系统。 人形机器人主要传感器介绍 类别 基本介绍 特点 视觉传感器 通过相机硬件和计算机算法，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。 力传感器 人形机器人力传感主要是力矩传感，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，是力传感领域的高价值品类。 运动传感器 人形机器人运动传感器主要是惯性传感（IMU），人形机器人位移姿态和稳定性控制主要依赖于MEMSIMU。 通过采集角速度和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堆积。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。 触觉传感器 大多被排列成矩阵组成阵列触觉传感器，空间分辨率可达到毫米级，接近人类的皮肤，辅以柔性，也被称为“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。 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。 模拟人类听觉功能，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。 传感器作为环境、设备与人交互的信息输入端口，是物联网、智能交互的核心元器件。近年来，国务院、发改委、工信部等部门频繁出台多项政策，大力支持各类智能传感器的发展。 中国智能传感器行业国家支持政策汇总（部分） 时间 发布部门 政策名称 政策要点 2024年2月 交通运输部 《关于做好平安百年品质工程创建示范推动交通运 输基础设施建设高质量发展的指导意见》 探索推动智能感知传感器等检测设备和工程同步装配试用，提高交通运输基础设施安全防护监测数据可先行、准确性。 2023年10月 工信部 《人形机器人创新发展指导意见》 聚焦人形机器人专用传感器，突破视、听、力等高精度传感关键技术，提升环境综合感知能力。 2023年8月 工信部等五部门 《元宇宙产业创新发展三年行动计划（20232025年）》 加强关键技术集成创新，突破高端电子元器件、加快图形计算芯片、高端传感器、声学元器件、光学显示器件等基础硬件的研发创新。 2022年1月 国务院 《计量发展规划（20212035）》 加快量子传感器、太赫兹传感器、高端图像传感器、高速光电传感器等传感器的研制和应用。 2021年12月 工信部、国家发改委 《“十四五”机器人产业发展规划》 研制三维视觉传感器、六维力传感器和关节力矩传感器等力觉传感器、大视场单线和多线激光雷达、智能听觉传感器以及高精度编码器等产品，满足机器人智能化发展需求。 2021年1月 工信部 《基础电子元器件产业发展行动计划（20212035年）》 重点发展小型化、低功耗、集成化、高灵敏度的敏感元件，温度、气体、位移、速度、光电、生化等类别的高端传感器，新型MEMS传感器和智能传感器，微型化、智能化的电声器件。 2019年8月 发改委 《产业结构调整指导目录（2019年本）》 鼓励研发具有无线通信功能的低功耗各类智能传感器，可加密传感器，核级检测仪表和传感器。 数据来源：前瞻产业研究院，平安证券研究所 目录CONTENTS 一、人形机器人潜力巨大，感知层是核心子系统之一 二、3D视觉：人形机器人最主要的环境信息输入口 三、力觉：力传感惯性传感助力完成精细动作 四、触觉：类人交互之必备，电子皮肤有望大放异彩 五、重点关注3D视觉六维力传感MEMSIMU电子皮肤 六、投资建议与风险提示 3D视觉是人形机器人感知系统的核心组成部分，负责对周围环境的三维实时建模，是人形机器人与外接交互的主要信息入口。3D视觉 传感器是一套精密的三维光学测量系统，以奥比中光Astra为例，其结构组成包括激光投影模组、光学成像模组、深度引擎芯片以及其 他电子器件、结构件等，共同构成系统级产品。 国内3D视觉市场规模快速增长。根据GGII数据，20162028年，中国机器视觉市场规模预计从4687亿元增长到39529亿元，期间CAGR约194，其中，3D视觉市场规模预计将从115亿元增长到7998亿元，期间CAGR约424，远高于机器视觉整体增速。 奥比中光Astra系列3D视觉传感器内部构造 智元远征A1通用型具身智能机器人 感知元件RGBD相机 500 中国机器视觉市场规模及预测（亿元） 2D视觉3D视觉 感知元件 激光雷达 400 300 200 100 0 201620172018201920202021202220232024E2028F 数据来源：GGII，奥比中光招股说明书，平安证券研究所 3D视觉解决方案按技术路线划分包括双目多目视觉、结构光、飞行时间（ToF）等。 双目多目视觉技术是基于视差原理，利用多幅图像的像差获取物体的三维几何信息；结构光技术是通过投射器将主动结构信息投射到被测物体表面，并通过单个或多个相机拍摄被测表面得到结构光图像，最后基于三角测量原理经过图像三维解析计算实现三维重建；ToF是通过测量信号在发射器和接收器间的时间差计算距离，进而还原深度信息，具体又分为dTOF和iToF。 双目视觉技术原理图结构光技术原理图飞行时间法技术原理图 数据来源：新机器视觉公众号，3D视觉工坊公众号，平安证券研究所 激光雷达可直接测量环境的深度信息，通常通过扫描形成点云进而实现三维重建，因此对软件处理能力要求较低，是3D视觉解决方案的重要组成部分，受到人形机器人、智能汽车等厂商的广泛关注。 按照扫描方式划分，激光雷达可分为机械式、混合固态和全固态式，目前，混合固态式在成本和性能方面较为均衡，是主流技术方案。 激光雷达技术路线分类情况 激光雷达 测距原理光源光束操控探测 ToF 波长 激光发射器 扫描Flash 探测方法二极管 FMCW 数据来源：平安证券研究所 905nm 1550nm EEL VCSEL 光纤 机械式