传感器行业深度报告：触觉提升机器人现实感知能力，打通灵巧操作关键一环

1.人形机器人为何需要触觉传感器？触觉传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器，可以感知末端力、温度、湿度等等。按功能可分为接触觉传感器、力矩传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。触觉传感器分布于机器人的躯干&灵巧手等部位，但灵巧手指尖传感器是核心部位，精准的力控是灵巧手商业化落地的基础。在灵巧手手掌上需要电子皮肤，主要强调对接触位置的精准控制和对物体材质的感知能力，在抓握动作中并不起主导作用。在灵巧手指尖上需要触觉传感器，指尖触觉传感器强调感知+控制，感控一体，最重要的特性是对三维力的感知，而且要实现不同手指的分布式协同工作，在抓握动作中起到主要作用。2.技术路线：触觉传感器各技术路线辨析据GMI数据，2024年全球触觉传感器市场规模达164亿美元。分下游看，2023年全球触觉传感器下游应用领域占比前三分别为制造业（42%）、航天航空&国防（27%）、汽车行业（17%）。视触觉传感器：基于视觉的触觉感知装置，能够同时感知法向力、切向力、相对滑动和物体的位姿等多维信息，其原理为利用软胶材料来接触物体，根据物体形变的大小反推力的大小。压阻传感器：其原理为力作用在导电材料（如导电橡胶、导电布、碳纳米管复合物）上时，会改变其电阻值。传感器通过检测电阻变化来反映外部压力或接触状态的变化。电容传感器：其原理为基于电容的存储能力随外部刺激引起的响应而变化，在外力作用下使两极板间的相对位置发生变化，从而导致电容变化，通过检测电容变化量来获取受力信息。电容传感器能够测量三维力，并具有接近觉。压电式传感器：原理为利用压电效应，即在外力作用下，某些特定材料内部会产生极化，形成不同的极距，并出现与材料表面相反的电荷。磁电式传感器：利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器，可分为基于霍尔干扰和基于霍尔器件两种路线。3.行业玩家：触觉传感器主流玩家介绍他山科技采用电容传感器技术路线，聚焦模型&算法&芯片制造三大核心领域，是当前全国唯一可以提供底层芯片+触觉传感器+整手算法方案的公司。帕西尼感知科技采用磁电传感器技术路线，核心技术优势体现在硬件设计、算法架构及多模态融合能力，硬件端主要通过集成触觉传感器、掌心相机和灵巧手，算法端主要通过设计专业的抗干扰模型和高效率计算模型。墨现科技采用电阻传感器技术路线，可实现低成本与高兼容性的传感器方案。GelSight采用视触觉的技术路线，基于“Gel（凝胶）+ Sight（视觉）”的组合，传感器分辨率可达微米级别。4.投资建议触觉传感器&电子皮肤行业建议关注【福莱新材】【汉威科技】【日盈电子】【东方电热】【明新旭腾】【信宇人】【斯迪克】【他山科技（一级公司）】【帕西尼感知科技（一级公司）】【墨现科技（一级公司）】等。5.风险提示人形机器人量产不及预期，传感器技术进展不及预期，宏观经济风险。投资要点： 2 1.人形机器人为何需要触觉传感器？2.技术路线：触觉传感器各技术路线辨析3.行业玩家：触觉传感器主流玩家介绍4.投资建议与风险提示 数据来源：他山科技官方材料，东吴证券研究所1.1触觉传感器系人形机器人实现泛化操作的核心部件图：人体触觉传感器分布图⚫触觉传感器定义：触觉传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器，可以感知末端力、温度、湿度等等。按功能可分为接触觉传感器、力矩传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。⚫触觉传感器分布于机器人的躯干&灵巧手等部位，但灵巧手指尖传感器是核心部位：电子皮肤和触觉传感器将优先在灵巧手的指尖、指节、手指渗透，来提升处理复杂任务的能力；之后将向手腕、肩膀、膝盖、大腿渗透，提升机器人的交互能力；最后将覆盖全身，走向通用化、智能化。图：触觉传感器产品矩阵特色指尖感控一体三维力感知分布式协同灵巧手多指协同自适应抓取空间分辨率机械臂接触检测碰撞避让非接触需求⚫一致性Consistency在不同批次、不同设备保持稳定性能输出，确保行为可预期，便于规模化部署⚫鲁棒性Robustness在复杂场景中保持高精度输出，适应不同的力和环境干扰⚫耐久性Durability能接受长时间使用和磨损，保障长期稳定运行⚫易替换性Replaceability模块化设计，便于快速更换或维护，降低系统维护成本 躯干人机交互点阵式大面积铺设 4 数据来源：他山科技官方资料，东吴证券研究所1.1触觉传感器系人形机器人实现泛化操作的核心部件⚫相较于传统工业夹爪，触觉传感器对灵巧手实现商业化落地至关重要：精准的力控是灵巧手商业化落地的基础，触觉传感器可实时检测接触力、压力分布，帮助灵巧手调整抓握力度，提高抓取的成功率和稳定性。⚫自适应触觉感知需要探测多维变量：其中包括滑觉、接触觉、压觉、力矩觉和温湿觉等。图：传统工业夹爪VS灵巧手作业模式协同感知协同控制分布式计算传统工业夹爪（目标明确）具身智能灵巧手（非学习目标）算法设计定制化流程执行程序完成抓取感知视觉触觉……动态监测计算执行抓取移动递交自适应控制 5接触觉压觉滑觉温湿觉力矩觉触觉探测多维变量 数据来源：他山科技，东吴证券研究所1.1触觉传感器系人形机器人实现泛化操作的核心部件图：VTLA模型的构架原理⚫触觉传感器对于抓握模型的训练也有重要意义：1）现阶段机器人抓握尚未实现灵巧操作。目前人形机器人训练抓握操作的重心在于对抓握对象的识别与抓握操作的成功率上，抓取时并不强调力控，放下时多为直接松开的释放，并未着重强调抓取物品时的“轻拿轻放”。在现实中，人在进行抓取与释放的动作时多带有动态的力控调整，因此机器人灵巧手要实现拟人操作，需要通过触觉传感器获得力感知与力控制能力。2）通过触觉传感器收集抓握数据可助力抓握大模型训练。触觉的引入可助力VLA模型进一步泛化。通过引入触觉这一关键信息，VLA模型可进一步延申为VTLA模型，触觉信息的引入是有效执行泛化的原子交互任务基础，进而可以发挥大模型处理复杂任务和小模型实时高效的优势。 6 数据来源：东吴证券研究所1.1触觉传感器系人形机器人实现泛化操作的核心部件图：触觉变量的引入有望提高机器人对现实世界的预认知⚫未来人形机器人商业化落地核心在于模型端，而触觉传感器有望助力大模型提升泛化能力。1）强泛化能力是机器人走向商业化的关键。机器人走向商业应用场景，需要掌握多项技能，并具备快速泛化迁移能力（例如在工业场景中需要掌握工作技能，在家用场景中需要掌握服务技能）。2）目前人形机器人软件端进展慢于硬件端。现阶段人形机器人硬件与运动控制能力进展良好，但大脑（大模型）泛化能力进展较慢，是人形机器人商业化落地的核心卡点。3）触觉传感器的引入有望提高机器人对现实世界的预认知。触觉传感器采集的数据是一个全新维度的变量，通过在VLA模型中引入触觉数据变量，可以让机器人对现实世界的感知有深入的了解，视觉识别到物体后即了解①该物品的触感如何②应输出多大力实现抓握，而非在执行任务过程中通过尝试的方式逐步逼近成功，这有助于提高大模型的泛化能力与机器人执行任务的效率。触觉传感器采集触觉数据建立触觉数据库VLA模型引入触觉提升模型泛化能力/触觉认知能力机器人认知提升执行效率/成功率提升 商业化落地进程加速 7 数据来源：坤维科技官网，东吴证券研究所1.2灵巧手指尖&手掌端触觉传感器辨析⚫手掌端电子皮肤：电子皮肤主要布局在指腹，手掌，手背位置，主要强调对接触位置的精准控制和对物体材质的感知能力（与视觉材料感知互补），在抓握动作中并不起主导作用，因此从触觉角度看仅需要一维压力传感器即可。⚫手指端触觉传感器：指尖触觉传感器是触觉传感器Plus，强调感知+控制，感控一体，最重要的特性是对三维力的感知，而且要实现不同手指的分布式协同工作，在抓握动作中起到主要作用。图：指尖在抓握动作中起到主要作用图：指尖触觉传感器需要测量三维力 8 1.3以拿水瓶为例，辨析触觉传感器在抓握动作中的关键作用⚫第一步：抓水瓶前，结合视觉感知物体表面的材质、判断大致需要多大的力；⚫第二步：抓水瓶时，感知压力、摩擦力等三维力，并结合接近觉对物体施加能抓起的最小压力；⚫第三步：移动过程，主要感知摩擦力，而且物体重心不稳定，需要快速调整抓握力度。⚫第四步：放置过程，主要感知桌面对水瓶的支持力，从而实现放手的动作。图：拆解触觉传感器在拿水过程中的关键作用 1.人形机器人为何需要触觉传感器？2.技术路线：触觉传感器各技术路线辨析3.行业玩家：触觉传感器主流玩家介绍4.投资建议与风险提示 数据来源：GMI，东吴证券研究所2.1全球触觉传感器行业市场规模快速增长⚫全球触觉传感器行业市场规模快速增长：据GMI（Global Market Insight）数据，2024年全球触觉传感器市场规模达164亿美元，预计2024-2034年CAGR将达13.5%。⚫下游来看，机器人作业环境不断向非结构化、复杂化发展，面向非工业环境的应用需求逐渐涌现，不断拓宽触觉传感器下游应用领域。根据华经情报网统计，2023年全球触觉传感器下游应用领域占比前三分别为制造业（42%）、航天航空&国防（27%）、汽车行业（17%）。图：全球触觉传感器市场规模及增速164582010020030040050060070020242034全球触觉传感器市场规模（亿美元）图：2023年全球触觉传感器市场下游分类汽车,17%数据来源：华经情报网，东吴证券研究所 制造业,42%航天国防,27%其他,14% 11 2.2主流触觉传感器类型介绍与优劣点比较数据来源：各公司官网，东吴证券研究所图：主要触觉传感器的介绍触觉传感器类型测量精度触觉信息模态分辨率形状力/力矩接触信息材质信息接近觉位置面法向量边缘正压力切向力正向力矩产生接触中断接触滑动软硬纹理摩擦视触觉非常高±0.1%√√√√√√√√√√√√×非常高压电式高±1%×××√××√√×××××高电容式高±2%√××√××√√××××√高（结构相对复杂、成本较磁电式中等±3%√××√√√√√×××××中等（安装复杂，需要精确控电阻式一般±5%×××√××√√×××××中等（成本低廉、结构简单，应变片一般±4%×××√××√√×××××一般（成本低廉、结构简单， 2.2.1触觉传感器分类:GelSight视触觉传感器方案数据来源：Yang, F.等《Binding touch to everything: Learning unified multimodal tactile representations》，东吴证券研究所图：不同传感器和数据集的触感图像⚫利用光学原理实现高空间分辨率和宽动态响应范围：视触觉传感器(VBTS)是一种基于视觉的触觉感知装置。与传统的单一维度力传感器不同，它能够同时感知法向力、切向力、相对滑动和物体的位姿等多维信息，非常接近人手的触觉信息维度。⚫工作原理可以类比为微型的“接触成像系统”：GelSight基于柔性传感器，利用软胶材料来接触物体，当物体接触传感器表面时，弹性材料会根据接触力的大小和方向产生不同程度的形变，借助特殊设计的光学系统和高分辨率摄像头，可以将微小形变放大并转换为清晰的图像（简单来说就是通过拍摄图像的形变来反推受力变化）。⚫优缺点对比：1）优点：具有高空间分辨率（等同于相机的分辨率），形变可视化，高灵敏度，可测量三维形变，无电气干扰的问题。2）缺点：在实时反馈和柔性响应上有所局限，容易受到温度影响，体积较大，由于分辨率高因此对端侧芯片算力要求高。图：GelSight触觉传感器结构 13 2.2.2触觉传感器分类：基于压阻效应的触觉传感器数据来源：《柔性压阻式压力传感器的研究进展》，东吴证券研究所图：电阻传感器工作原理：基于界面接触电阻的变化⚫压阻效应工作原理：力作用在导电材料（如导电橡胶、导电布、碳纳米管复合物）上时，会改变其电阻值。传感器通过检测电阻变化来反映外部压力或接触状态的变化。具体机制包括材料的电阻率变化、接触电阻变化以及复合材料中的量子隧穿效应。⚫优缺点对比：1）优点：具有鲁棒性好、分辨率高等优点，能够借助相应MEMS技术密集排布，达到结构紧凑与集成化。2）缺点：迟滞性较大，功耗高