西南证券最新发布的人形机器人传感器行业研究报告指出，以传感器为主的感知系统在人形机器人中成本占比约20%，是仅次于传动系统的核心价值环节。特斯拉Optimus单台使用扭矩传感器12个、单向力传感器14个、六维力传感器4个，力传感器单台价值量超2万元。报告测算100万台人形机器人规模下，力传感器合计市场空间约132亿元，电子皮肤市场空间约100亿元，传感器正成为人形机器人产业链的核心投资方向。
传感器是机器人感知核心，价值量占比较高
机器人大致包括感知系统、传动系统、电源系统、大脑、结构件几个方面，其中传动系统和感知系统是核心部分。以特斯拉Optimus为例，根据西南证券测算，传动系统成本占比30%-40%，以传感器为主的感知系统成本占比约20%左右，大脑、电源系统、结构件等占比30%-40%。
感知系统中各传感器价值量分布清晰：六维力传感器单台价值量最高达12000元（4个×3000元），占总成本8.8%；扭矩传感器12个共6000元占比5.1%；单向力传感器14个共4200元占比3.1%；触觉传感器10个共1000元占比0.7%；IMU 800元占比0.6%。传感器整体在单台人形机器人中的价值量合计约2.3万元，若以Optimus单台总成本约13.6万元计算，传感器占比约17%，是仅次于执行器（减速器+电机等）的第二大成本构成。
机器人使用的传感器大致包括视觉传感器（机器人的"眼睛"）、力/力矩传感器（"肌肉神经"）、触觉传感器（"皮肤"）、惯性传感器（IMU）、流量传感器等。传感器是机器人实现外界环境感知和交互的关键，直接影响机器人的智能化水平和与外界交互的能力。
力传感器是机器人柔性力控的核心零部件
当机器人与外界环境之间产生接触力，会对机器人控制系统精度产生巨大影响，必须使机器人对环境具备一定的柔顺性。检测机器人与环境间的交互力信息主要包括四种方式：关节电流（精度受摩擦力影响较大，适用于直驱电机）、关节扭矩传感器（精度高但结构复杂，代表产品KUKA iiwa）、末端/腕部多轴力矩传感器（目前大部分工业机器人采取的力控方式）、类似皮肤的力觉/触觉传感器（精度高但结构复杂成本高）。
按照测量维度，力传感器可以分为一至六维力传感器。在指定的直角坐标系内，传感器如果能同时测量沿三个坐标轴方向的力和绕三个坐标轴方向的力矩，则称为六维力传感器。一维力传感器适用于力的方向和作用点固定的场景；三维力传感器适用于力的方向随机变化但作用点固定的场景；六维力传感器适用于力的方向和作用点都在三维空间内随机变化的场景，技术复杂度最高。
特斯拉人形机器人Optimus的力传感器配置方案为：旋转执行器使用扭矩传感器（×12），线性执行器使用单向力传感器（×14），手腕和脚腕关节使用六维力传感器（×4）。优必选WalkerS1同样使用4个六维力传感器。预计机器人力控的最佳方案为每个关节使用1个力传感器，其中旋转关节使用扭矩传感器、线性关节使用单向力传感器，手腕和脚踝各2个六维力传感器。
六维力传感器技术壁垒高，国产替代空间广阔
六维力传感器在航空航天、汽车测试、生物力学和机器人领域都有广泛应用。其技术壁垒主要体现在三个方面：传感器结构设计（包括弹性体结构设计和应变片粘贴位置）、标定系统精度、解耦和补偿算法。
弹性体结构设计直接影响传感器性能。应用较广泛的弹性体结构主要有竖梁式（承载能力强但纵向灵敏度低）、圆筒式（耦合小但刚度差）、十字梁式（高对称性但存在维间耦合）、非径向梁式（刚度大但输出非线性）、复合梁型（可实现无耦合但结构复杂）及Stewart并联结构（刚度大稳定性好但难实现各向同性）。应变片的粘贴为纯手工操作，不可避免存在误差。
标定是建立传感器原始信号和受力之间映射关系的核心环节。一维拉压力传感器仅需9个样本点即可完成标定，而六维力传感器每个维度取9个样本点，样本空间包含531441个样本点。六维联合加载标定设备目前没有标准产品可直接采购，一般由六维力传感器厂商自行研制，涉及空间光学定位、载荷位移补偿、机电一体化等多项综合技术。
力传感器百亿市场空间测算
西南证券对100万台人形机器人规模下的力传感器市场空间进行详细测算。扭矩传感器：单台机器人使用12个，假设100万台规模下单价降至250元，对应市场空间30亿元。单向力传感器：单台机器人使用14个，假设单价降至200元，对应市场空间28亿元。六维力传感器：单台机器人使用4个，假设单价降至2000元，对应市场空间80亿元。三种力传感器合计市场空间约138亿元。
从价格趋势来看，六维力传感器目前国产价格在2-3万元/个，进口价格在7-8万元/个，价格高昂是制约其大规模应用的重要因素。随着人形机器人量产规模扩大，六维力传感器价格有望降至2000元级别，降幅达90%以上，从而推动在消费级机器人中的普及。
国产六维力传感器厂商包括坤维科技（协作机器人六维力传感器市占率超80%）、宇立仪器、鑫精诚、海伯森技术、蓝点触控等。整体与外资主流传感器在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距。随着技术进步和国内外人形机器人量产带来的降本诉求，国产厂商有望迎来发展机遇。
100万台人形机器人力传感器市场空间测算表| 传感器类型 | 单台数量（个） | 100万台单价（元） | 市场空间（亿元） |
|---|
| 扭矩传感器 | 12 | 250 | 30 |
| 单向力传感器 | 14 | 200 | 28 |
| 六维力传感器 | 4 | 2000 | 80 |
| 合计 | 30 | — | 138 |
