机器人行业研究：为什么智能机器人需要力控？-230709（23页）.pdf

1、敬请参阅最后一页特别声明 1 历史上机器人的力控有哪些方式？相比于传统机器人的位置控制、速度控制，机器人想要实现与外界交互的柔顺控制，需要将机器人引入力控。根据南京航空航天大学段晋军博士的分析，机器人的柔顺控制可以分为主动柔顺控制、被动柔顺控制，其中主动柔顺控制又可以分为间接力控、直接力控、混合位置/力控。根据我们复盘历史上各类机器人的柔顺力控方式来看，主动柔顺控制具有力控精度高、与外界交互效果好等多个优势，更有望成为未来人形机器人的可行力控方案；比如优必选机器人就采用了主动柔顺控制中的阻抗控制使得机器人具有了柔性和抗性，能够在外力作用下仍然平稳的站立。力传感器的种类及应用展望？从目前主流柔顺

2、力控方式来看，多数的力控方式需使用力传感器收集力反馈的信号，因此力/力矩传感器有望成为人形机器人力控最核心的部件。从力传感器的检测方法来看，电阻应变式传感器综合性能更优，有望成为主流应用种类。从力传感器的感知维度来看，我们判断机器人关节需使用关节扭矩传感器，末端执行器（手部、脚部）从力传感器的感知维度来看，我们判断机器人关节需使用关节扭矩传感器，末端执行器（手部、脚部）需用六维力矩传感器。需用六维力矩传感器。人形机器人旋转、线性执行结构类似于人的关节，对于力的感知相对简单，因此采用关节扭矩传感器可解决需求；而对于人形机器人末端执行器（手部、脚部）在执行操作的过程中，力臂在几十到几百毫米之间（力

3、臂较大）、且属于随机变化，测量需要精确处理，六维力矩传感器更符合需求。如何看待多维力矩传感器的壁垒、成本、格局？壁垒：多维力矩传感器对于应变片的性能要求高、安装难度大、且产品定制化研发壁垒高。1）应变片性能：力矩传感器最主流的检测方案为电阻应变式，而应变片为这类传感器的核心元件，直接决定了多维力矩传感的性能；2）安装难度大：力矩传感器一个维度至少需要 4 个应变片，考虑到抗温漂等需求，一般需要 30-40 个应变片，在狭小的空间内实现安装对工艺要求较高；3）研发难度大：六维力矩传感器并非三维力和三维扭矩传感器的简单叠加，属于非线性力学，研发极其复杂，六维力矩传感器的难度远超过单维力矩传感器的研

4、发难度。成本：目前海外进口应变片的成本相对较高，且产品加工难度大，我们认为多维力矩传感器的主要成本来自于应变片成本及人工加工成本。格局：海外厂商性能优异，国内尚未出现多维力矩传感器龙头。六维力矩传感器海外龙头为 ATI 厂商，根据zoominfo 数据，22 年 ATI 收入达到 8820 万美元，而国内多数厂商尚未形成大规模收入，但宇立仪器、坤维科技等非上市公司六维力矩传感器的部分指标基本对标 ATI 的产品。投资建议 我们看好人形机器人带来力矩传感器的需求量提升，建议重点关注：柯力传感：应变式传感器龙头供应商，盈利能力突出。汉威科技：控股苏州能斯达，拓展柔性微纳传感器。瀚川智能：入股坤维科

5、技，进军六维力矩传感器。中航电测：军用智能测控龙头，力传感类产品品类丰富。风险提示人形机器人商业化落地不及预期、国内力矩传感器进展不及预期、人形机器人力控模式发生重大技术改变、国内应变片技术进展不及预期、国产力矩传感器规模化后降价不及预期。行业专题研究报告 敬请参阅最后一页特别声明 2 内容目录内容目录 一、机器人的力控都有哪些方式？.5 1.1 力觉属于机器人感知系统的重要组成部分之一.5 1.3 机器人的柔顺力控有哪些方案？.6 1.4 历史上不同力控方案的机器人都有哪些案例？.8 二、机器人的力传感器的种类有哪些？.11 2.1 从检测原理来看，电阻应变式传感器综合性能更优.11 2.2

6、 从感知维度来看，力传感器主要感知一维、三维、六维力.11 三、如何看待多维力矩传感器的壁垒、成本、格局？.13 3.1 从核心元件看壁垒：应变片性能要求高、安装工艺门槛高.13 3.2 从性能看壁垒：串扰、精度、准度要求较高，定制化研发难度大.14 3.3 六维力矩传感器的成本主要来自于应变片和人工加工成本.15 3.4 空间：22 年全球力矩传感器市场规模达 80 亿美元.15 3.5 厂商梳理：海外厂商性能优异，国内市场尚未出现龙头.16 四、投资建议.16 4.1 柯力传感：应变式传感器核心供应商，盈利能力维持高位.16 4.2 汉威科技：控股苏州能斯达，拓展柔性微纳传感器.18 4.