传感器是人形机器人感知系统的核心元器件,直接决定了机器人与环境交互的精度和安全性。开源证券报告指出,人形机器人传感器主要涉及编码器、力传感器、触觉传感器三大方向,呈现“量价齐升”的产业趋势。六维力传感器2022年中国市场销量份额中,宇立仪器(12.2%)、ATI(10.8%)、坤维科技(10.6%)位居前三。编码器方面,特斯拉旋转关节或采用“1个光编码器+1个磁编码器”方案(28个关节),单台价值量约1.18万元。触觉传感器为灵巧手精细化操作的关键,国产厂商正处于加速追赶阶段。本文从传感器类型、竞争格局、国产替代路径三个维度解析投资机会。
传感器三大方向:力传感器、编码器、触觉传感器
人形机器人传感器种类众多,目前最重要的三个方向是力传感器、编码器和触觉传感器。力传感器包括一维力传感器(扭矩传感器)和六维力矩传感器:六维力矩传感器安装在手腕、脚踝处(1-3个),技术壁垒高,目前批量化供应企业少;一维力传感器加装在电机末端测量扭矩,用量大(28个/台),壁垒相对较低。编码器安装于关节和电机轴上,测量电机位移、角度,实现精确运动控制,用量与执行器数量相关(28个/台)。触觉传感器集成于灵巧手,实现精细化触觉感知,是未来人机交互安全性的核心保障。
表5:人形机器人传感器类型与价值量(单台100万台量级)| 传感器类型 | 单台用量 | 单台ASP(元) | 100万台市场(亿元) |
|---|
| 六维力传感器 | 1-3个 | 30,000 | 30 |
| 一维力/扭矩传感器 | 28个 | 5,600 | 56 |
| 编码器(光+磁) | 28个 | 11,800 | 118 |
| 触觉传感器 | 多片(灵巧手) | 待定 | 空间巨大 |
六维力传感器:高壁垒赛道,国产化正加速
六维力矩传感器能同时测量三个方向的力和三个方向的力矩,技术壁垒在所有传感器中最高。其生产难点在于结构设计、标定设备和工艺、解耦算法等,国内目前可批量化供应的企业较少。2022年中国六维力/力矩传感器市场按销量划分,宇立仪器(12.2%)位居第一,ATI(10.8%)、坤维科技(10.6%)紧随其后,前三差距较小,竞争格局尚未固化。人形机器人量产前,本体企业优先寻找研发能力强的厂商配套开发,关注产品精度和适配性;量产后大规模降本能力成为关键,具备自动化贴片设备和力传感器大规模量产经验的企业占优。受益标的:柯力传感。
编码器:光/磁方案并存,国产厂商有望量产切入
编码器按工作原理分为光编码器和磁编码器。光编码器精度高但成本较高,适合高精度场景;磁编码器环境耐受性强、小型轻量、成本低,最新产品精度和分辨率持续提升。特斯拉旋转关节初期或采用“1个光编码器+1个磁编码器”的双编码器方案,兼顾精度与成本。编码器生产难点在于高精度加工设备、专用加工材料以及复杂的组装工艺,在高精度编码器领域外资仍占主导。国产厂商雷赛智能、锐鹰传感、昊志机电等已实现编码器的部分外售。编码器通常与电机适配,具备一体化生产能力的企业占优——汇川技术、昊志机电、雷赛智能、步科股份所产编码器已配套电机。
触觉传感器:灵巧手精细操作的关键
触觉传感器是人形机器人灵巧手实现精细操作的必备元器件。特斯拉Gen3灵巧手从“蜗轮蜗杆”方案转向“丝杠”方案提升传动精度,同时需要更高分辨率的触觉传感器来实现对物体材质、形状、力度的精确感知。目前触觉传感器技术路线多样(压阻式、电容式、压电式、光学式等),行业标准尚未统一。国内触觉传感器正处于加速追赶阶段,部分企业与特斯拉供应链已有接触。开源证券认为,触觉传感器是人形机器人传感器环节中“从0到1”的增量机会,随着灵巧手方案逐步定型,量产需求将快速释放。建议关注具备柔性传感材料、MEMS工艺、阵列式传感能力的国内企业。