在人形機(jī)器人的供應(yīng)鏈中，上游零部件如絲杠、減速器、傳感器、電機(jī)等都是成本價(jià)值占比較高的重要組成部分。

其中，傳感器作為人形機(jī)器人感知與交互的基礎(chǔ)，其技術(shù)路線的演變及產(chǎn)業(yè)進(jìn)展備受業(yè)界關(guān)注。

特斯拉人形機(jī)器人Optimus-Gen3的最大亮點(diǎn)在于靈巧手的升級(jí)。在最新公布的方案中，靈巧手的自由度大幅提升至22個(gè)，這一變化對(duì)手部傳感器等關(guān)鍵零部件也提出了革新需求。

本文將對(duì)人形機(jī)器人傳感器關(guān)鍵環(huán)節(jié)、行業(yè)壁壘、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局和重點(diǎn)廠商等多個(gè)維度進(jìn)行深入拆解。

傳感器行業(yè)概覽

傳感器是人形機(jī)器人將對(duì)內(nèi)外環(huán)境感知的物理量變換為電量輸出的裝置，主要分布于傳感系統(tǒng)。

一般分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。

內(nèi)部傳感器：主要用來(lái)感知和監(jiān)測(cè)機(jī)器人自身的狀態(tài)參數(shù)，以調(diào)整并控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。主要包括速度傳感器和位置傳感器等。

外部傳感器：用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人周邊環(huán)境、目標(biāo)的狀態(tài)特征等，使機(jī)器人能夠根據(jù)不同的環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)校正和自適應(yīng)調(diào)整，如避障和路線規(guī)劃等。主要包括力覺(jué)傳感器、視覺(jué)傳感器、聽(tīng)覺(jué)傳感器、觸覺(jué)傳感器、溫度傳感器等。

目前在人形機(jī)器人的應(yīng)用中，力覺(jué)傳感器、觸覺(jué)傳感器/柔性電子皮膚、視覺(jué)傳感器、高性能慣性測(cè)量單元IMU等具有較高的價(jià)值和市場(chǎng)潛力。

整體來(lái)看，視覺(jué)傳感器格局較好，力覺(jué)價(jià)值量最大，觸覺(jué)天花板較高。

01 力傳感器

人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線不斷演進(jìn)，手和腳等末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)精度和靈敏度要求提高，進(jìn)一步提升力傳感器的需求。

力傳感器是人形機(jī)器人的力控核心。

通過(guò)力反饋，人形機(jī)器人可以實(shí)時(shí)感知與環(huán)境之間的接觸力，并調(diào)整動(dòng)作以適應(yīng)。通過(guò)力控制，機(jī)器人運(yùn)用這些力信息主動(dòng)調(diào)整及做出動(dòng)作。

力傳感器主要為力矩傳感器，可以在各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩感知進(jìn)行檢測(cè)，將扭力的物理變化轉(zhuǎn)為精確點(diǎn)信號(hào)的一種傳感器。

按照測(cè)量維度劃分：一維、三維、六維力/力矩傳感器的最常見(jiàn)。

測(cè)量維度的數(shù)量越多，產(chǎn)品生產(chǎn)難度越大。

根據(jù)坤維科技CTO袁明論介紹：“如果力的方向是固定的，可以采用一維力傳感器；如果力作用點(diǎn)與傳感器標(biāo)定參考點(diǎn)重合，但力的方向隨機(jī)變化，可以用三維力傳感器；而如果力的方向和作用點(diǎn)都在三維空間里隨機(jī)變化，就應(yīng)該選用六維力傳感器進(jìn)行測(cè)量?！?/span>

一維力傳感器：適用于力的方向和作用點(diǎn)固定的場(chǎng)景，標(biāo)定坐標(biāo)軸為OZ軸。一維力傳感器可以配合諧波減速器在精準(zhǔn)力控的改善。

三維力傳感器：適用于力的方向隨機(jī)變化，但作用點(diǎn)不變且與標(biāo)定參考點(diǎn)重合的場(chǎng)景，可同時(shí)測(cè)量Fx、Fy、Fz三個(gè)分力。

六維力傳感器：是維度最高的力覺(jué)傳感器，能夠提供最高維度的力覺(jué)信息，并給出最為全面和精準(zhǔn)的力覺(jué)數(shù)據(jù)。適用于力的方向和作用點(diǎn)都在三維空間內(nèi)隨機(jī)變化的場(chǎng)景，能同時(shí)測(cè)量沿三個(gè)坐標(biāo)軸方向的力和繞三個(gè)坐標(biāo)軸方向。

在人形機(jī)器人的末端安裝六維力傳感器，可以獲取力傳感器往后段的力覺(jué)信息。

優(yōu)必選為人形機(jī)器人均在手腕和腳踝處配置了4個(gè)六維力/力矩傳感器。

特斯拉人形機(jī)器人手腕和腳腕關(guān)節(jié)使用六維力傳感器。

資料來(lái)源：特斯拉

六維三大核心壁壘：六維力傳感器傳感器技術(shù)和使用難度都比較大，三大核心壁壘包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)定與檢測(cè)和算法設(shè)計(jì)。

六維力傳感器需要同時(shí)測(cè)算六個(gè)方向的力，這一過(guò)程中會(huì)遇到六個(gè)方向力之間的串?dāng)_問(wèn)題。為了確保傳感器的精確測(cè)量，校準(zhǔn)系統(tǒng)重要性突顯，包括標(biāo)定設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持。而算法解耦作為實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量的關(guān)鍵步驟，必須依賴(lài)標(biāo)定設(shè)備來(lái)完成。標(biāo)定設(shè)備與算法數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合，共同構(gòu)成了六維力傳感器技術(shù)賽道中的一道重要壁壘。

彈性體加工壁壘難度在于需要五軸機(jī)床進(jìn)行加工，由于薄膜結(jié)構(gòu)易變形，還需真空吸附工裝。

此外，應(yīng)變片的貼裝也是關(guān)鍵難點(diǎn)之一，自動(dòng)切片機(jī)是主要生產(chǎn)設(shè)備，目前主要生產(chǎn)商在日本。解決應(yīng)變片貼裝的自動(dòng)化問(wèn)題也是行業(yè)壁壘之一。

競(jìng)爭(zhēng)格局：六維力矩傳感器市場(chǎng)中，主要以美國(guó)ATI、德國(guó)ME等海外廠商基本上主導(dǎo)全球市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)廠商格局較為分散且國(guó)產(chǎn)替代加速。

國(guó)內(nèi)廠商中目前可批量化供應(yīng)的企業(yè)較少，宇立儀器、藍(lán)點(diǎn)觸控、坤維信息、鑫精誠(chéng)、海伯森等具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，部分指標(biāo)對(duì)標(biāo)海外產(chǎn)品，柯力傳感、昊志機(jī)電、東華測(cè)試、安培龍、神源生智能、瑞爾特測(cè)控、東華測(cè)試、凱爾達(dá)、凌云股份、均勝電子、八方股份等公司近年來(lái)加速布局。例如，柯力傳感已完成人形機(jī)器人手腕、腳腕，以及工業(yè)臂、協(xié)作臂末端的產(chǎn)品系列開(kāi)發(fā)，掌握了結(jié)構(gòu)解耦、算法解耦、高速采樣通訊等關(guān)鍵技術(shù)；東華測(cè)試的六維力傳感器基于金屬薄膜應(yīng)變片設(shè)計(jì)，內(nèi)置低噪聲放大器和采集卡，經(jīng)過(guò)矩陣解耦提升精準(zhǔn)度，可做到串?dāng)_＜2%FS，非線性＜0.5%FS，遲滯＜0.5%FS，可應(yīng)用于機(jī)器人、科學(xué)研究和自動(dòng)化檢測(cè)等領(lǐng)域。

整體來(lái)看，目前六維力傳感器市場(chǎng)基數(shù)偏小，尚未形成明顯規(guī)模效應(yīng)。

02觸覺(jué)傳感器

觸覺(jué)傳感器是機(jī)器人直接感知環(huán)境作用的重要傳感器，應(yīng)用于機(jī)器人的關(guān)節(jié)和柔性皮膚等領(lǐng)域。

觸覺(jué)傳感器可以使機(jī)器人通過(guò)觸摸來(lái)感知物體的形狀和質(zhì)地等物理特性，從而進(jìn)行精確的抓取操作。

特斯拉人形機(jī)器人手部傳感器中價(jià)值量最大的是觸覺(jué)傳感器，Optimus的每只手指均配備柔性觸覺(jué)傳感器。

標(biāo)準(zhǔn)配置下，靈巧手在五根手指的指尖和指節(jié)布置約14個(gè)觸覺(jué)傳感器，部分掌心也有應(yīng)用但量少。工業(yè)級(jí)觸覺(jué)傳感器需達(dá)100-300萬(wàn)次測(cè)量壽命，滿足靈巧手30萬(wàn)次抓握需求。

觸覺(jué)傳感器主要分為柔性和剛性（MEMS為主）。

其中，柔性觸覺(jué)傳感器具有更高的價(jià)值，壁壘主要在材料和制造兩方面。

材料及降本壁壘：材料選擇包括敏感材料有機(jī)聚合物、石墨烯以及柔性基底材料，制備工藝復(fù)雜，導(dǎo)致成本居高不下，增加了大規(guī)模生產(chǎn)的成本壓力。

技術(shù)壁壘：電子皮膚難以兼顧高柔性和高彈性，且實(shí)現(xiàn)多種功能需要多種傳感器的融合，會(huì)影響到電子皮膚的輕薄性；此外電子皮膚傳感器需要接入采集電路，復(fù)雜接線會(huì)一定程度影響活動(dòng)。

市場(chǎng)格局：全球柔性觸覺(jué)傳感器市場(chǎng)主要被海外企業(yè)占據(jù)，主要廠商包括Novasentis、Tekscan、JDI、Baumer、Fraba。

國(guó)內(nèi)布局觸覺(jué)傳感器的廠商有蘇州能斯達(dá)電子（漢威科技）、福萊新材、申昊科技、弘信電子、墨現(xiàn)科技、力感科技、瑞滸科技等、埔慧科技、帕西尼感知、鈦深科技、柔宇科技、宇博智能、蘇試試驗(yàn)、中科納芯、他山科技、奧迪威等。

未來(lái)各場(chǎng)景更精細(xì)的觸覺(jué)感知能力需求將推動(dòng)機(jī)器人觸覺(jué)傳感器需求進(jìn)一步增加，如人形機(jī)器人的肢體、胸腔等部位有望成為潛在應(yīng)用場(chǎng)景。

機(jī)器人觸覺(jué)與電子皮膚：

資料來(lái)源：福萊新材

03視覺(jué)傳感器

視覺(jué)傳感器是機(jī)器人觀察的基礎(chǔ)。

其底層邏輯在于為機(jī)器植入“人眼與大腦”，使機(jī)器可代替人工來(lái)對(duì)被檢測(cè)物品做測(cè)量與判斷。

通過(guò)相機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)算法，讓機(jī)器人處理來(lái)自現(xiàn)實(shí)世界的視覺(jué)數(shù)據(jù)。

人形機(jī)器人視覺(jué)方案目前主要以結(jié)構(gòu)光、雙目或多目RGB、TOF等的組合方案為主；算法基礎(chǔ)強(qiáng)的廠商會(huì)采用更為簡(jiǎn)單的傳感器方案，而算法相對(duì)薄弱的廠商會(huì)選擇更為核心的硬件。國(guó)內(nèi)大多廠商使用多傳感器融合方案實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知。

深度攝像頭（如激光雷達(dá)、ToF攝像頭）可以幫助獲取3D空間信息，使人形機(jī)器人能夠識(shí)別周?chē)h(huán)境中的物體行人和障礙物等，實(shí)現(xiàn)避障和導(dǎo)航等功能。

例如，奧比中光最新研發(fā)的dToF（直接飛行時(shí)間）激光雷達(dá)傳感器芯片LS635，集成了高性能SPAD像素以及高性能數(shù)據(jù)處理模塊的激光雷達(dá)傳感器芯片，采用行業(yè)最先進(jìn)的3D堆疊工藝的背照式SPAD-SoC芯片，已應(yīng)用于機(jī)器人、無(wú)人機(jī)和自動(dòng)駕駛等場(chǎng)景。

激光雷達(dá)用于環(huán)境的高精度測(cè)距，幫助機(jī)器人了解周?chē)系K物的位置和動(dòng)態(tài)，為路徑規(guī)劃和避障提供重要信息。

禾賽科技推出了面向機(jī)器人領(lǐng)域的迷你3D激光雷達(dá)JT系列產(chǎn)品，采用禾賽第四代自研芯片，擁有全球最廣的360°x187°超半球視野，為機(jī)器人提供零盲區(qū)的三維感知能力。

速騰聚創(chuàng)推出了全球首款機(jī)器人全固態(tài)數(shù)字化激光雷達(dá)E1R，搭載數(shù)字化SPAD-SoC芯片和2DVCSEL芯片，可以支持各類(lèi)型移動(dòng)機(jī)器人在不同光照條件場(chǎng)景中穿梭作業(yè)。

當(dāng)前機(jī)器視覺(jué)向機(jī)器人視覺(jué)不斷進(jìn)化，全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)以美國(guó)康耐視和日本基恩士為代表的廠商占據(jù)全球超50%的市場(chǎng)份額。

國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)以?？低暋⒋蠛憧萍?、天準(zhǔn)科技、凌云光為代表的中國(guó)本土機(jī)器視覺(jué)廠商已在核心零部件技術(shù)與獨(dú)立軟件算法等方面進(jìn)行大力投入；奧比中光在中國(guó)服務(wù)機(jī)器人3D視覺(jué)傳感器領(lǐng)域市占率領(lǐng)先；奧普特?fù)碛型暾臋C(jī)器視覺(jué)核心軟硬件產(chǎn)品。

04 聽(tīng)覺(jué)傳感器

機(jī)器人聽(tīng)力系統(tǒng)最基本的兩方面：一是自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別，二是聲源定位（本質(zhì)是從所獲得的信號(hào)中提取目標(biāo)的位置信息）。

對(duì)于聲源定位，傳感器陣列主要是麥克風(fēng)陣列，常采用多個(gè)麥克風(fēng)分布在三維空間，對(duì)空間中信號(hào)的不同方向和方位的立體感知能力有所提升。麥克風(fēng)數(shù)量一般超過(guò)2個(gè)，消費(fèi)級(jí)麥克風(fēng)陣列一般不超過(guò)8個(gè)。

當(dāng)前MEMS麥克風(fēng)正逐步成為主流的技術(shù)方案。國(guó)內(nèi)以敏芯股份、和林微納、歌爾股份等為代表的廠商在MEMS麥克風(fēng)領(lǐng)域重點(diǎn)布局。

05IMU慣性傳感器

慣性傳感器是機(jī)器人運(yùn)控及導(dǎo)航的基礎(chǔ)。

按被測(cè)物理量劃分，可分為加速度傳感器（加速計(jì)）和角速度傳感器（陀螺儀）。

將加速度計(jì)與陀螺儀整合，可以得到慣性測(cè)量單元（IMU）。

IMU用于測(cè)量物體三軸的角速度與加速度，一般包含三個(gè)單軸加速度計(jì)和三個(gè)單軸陀螺儀，部分還配有磁力計(jì)。

IMU能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量人形機(jī)器人在三維空間中的角速度和加速度，通過(guò)感知機(jī)器人身體的傾斜、旋轉(zhuǎn)等姿態(tài)變化，為控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)反饋，使其能夠快速調(diào)整機(jī)器人的步態(tài)和姿態(tài)，以保持平衡防止摔倒。

人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)傳感器主要是慣性傳感器IMU，而位移姿態(tài)檢測(cè)和穩(wěn)定性控制主要依賴(lài)于MEMSIMU。公開(kāi)資料顯示，國(guó)內(nèi)廠商中芯動(dòng)聯(lián)科深耕MEMS陀螺儀，敏芯股通過(guò)控股子公司中宏微宇I(lǐng)MU算法積累，投資敏易鏈半導(dǎo)體的陀螺Asic設(shè)計(jì)以及自研加速度傳感器的技術(shù)沉淀，逐步布局從MEMS加速度傳感器、MEMS陀螺以及MEMSIMU的產(chǎn)業(yè)鏈條；華依科技IMU在智駕與人形機(jī)器人領(lǐng)域也有較快進(jìn)展。

隨著特斯拉人形機(jī)器人量產(chǎn)在即，以及以宇樹(shù)和智元等為代表的國(guó)產(chǎn)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)程提速，后續(xù)有望進(jìn)一步帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)零部件廠商市場(chǎng)份額提升。