一、传感器：机器人核心部件，全面赋能感 知能力升级
传感器：下游应用广泛，智能传感器逐步成为发展方向
传感器：是指感受被测量并按一定规律转换成可输出信号的装置，主要由敏感元件、转换元件、转换电路几部 分组成。敏感元件可以直接感受外部环境刺激，转换元件则将敏感元件感受的信息转换成适用于传输或测量的 电信号。 从发展历程来看，可以将传感器发展进程划分为三个阶段，（1）1950年-1969年，主要为结构性传感器；（2） 上世纪70年代以来，固体传感器逐渐发展；（3）2000年至今，随着随着与CMOS技术兼容的MEMS技术不断成 熟，集成电路工艺完善，传感器实现微型化、集成化、智能化，智能传感器开始快速发展。 智能传感器可以完成采集、交换、处理信息，此外，相对于传统的传感器智能传感器对于信息的采集精度更高， 同时其成本较低，具备编程自动化能力。
智能传感器：下游应用广泛，未来市场空间广阔
智能传感器按结构可分为三类，模块式 智能传感器：技术要求较低，但精度较 差；集成式智能传感器：响应速度快， 体积较小；混合式智能传感器：结构较 为复杂，性能较强，机器人环节主要应 用混合式智能传感器。 智能传感器下游应用较为广泛，可应用 于汽车电子（如GPS定位仪、行车记录 仪等）、通信电子（如天线、安检设备 等）、工业电子（如自动化生产设备 等）、消费电子（如智能手机、智能穿 戴等）、其他领域（如无人机、医疗器 械等）。 根据头豹研究院数据，2021年我国智能 传感器市场规模1057.6亿元，预计到 2026年我国智能传感器市场规模可达到 1610.9亿元，2021-2026年年复合增长率 为8.8%。
传感器在机器人中必不可少，人形机器人为传感器带来发展更高要求
在机器人领域，传感器主要为机器人提供三方面的支持： （1）自助导航，通过传感器，机器人可实现机器人对于前进路线的规划，感知目前所处的环境位置； （2）传感器可使机器人在行进过程中，行进路线上障碍物的识别与规避，以确保运行安全； （3）在抓取行动中，传感器可以实现对物体的形状、大小、位置等信息的把控，引导机器人精准抓取以及使用 物体。 总体而言，传感器为机器人提供综合外部以及内部的感知能力，在外部对于触觉、视觉、听觉等感知实现与环 境交互，在内部能够实现机器人对自身状态的感知。
产业端：特斯拉Optimus Gen2感知全面升级，有望引领产业发展
2023年12月13日，马斯克发布Optimus Gen2介绍视频。Optimus Gen2可以轻松准确地抓取、拿起、放下鸡蛋， 中间不会掉下来，左手转右手的整个过程也极为连贯，显示出Optimus Gen2的精准物体操控能力。 此次Optimus Gen2更加强大的一大重点在于感知方面的升级，Optimus Gen2融合最先进的手部传感器，拥有11 个自由度的全新灵巧手甚至具备了触觉感知功能，能够轻松地处理鸡蛋等精致物体，通过搭载触觉传感器的灵 巧手，在拾起物体时能够呈现可视化的压力分布图像，从拾起物品的动作来看，几乎和人类没有差别。此外， Optimus Gen2 在足部亦搭载传感器，帮助其更平稳的行走以及完成其他复杂动作。
二、力/力矩传感器
力传感器是人形机器人力控的关键部件
力传感器可以将力的量值转换为相关电信号的器件，力传感器可以检测张力、压力、重量、扭矩、应变和内应 力等机械量。 力控是指利用力传感器作为反馈装置，将力反馈信号与位置控制输入信号相结合，通过相关算法并实现控制。 与传统的位置控制相比，力控具备适应性和灵活性的特点，传统的位置控制下，机器人会按照预先设定位置移 动，路径中的障碍物会导致机器人位置追踪误差加大，力控则将有效解决这一问题，提升机器人的安全性。此 力控更加柔顺，根据外部环境实施调整机器人动作，鲁棒性进一步提升。此外，力控可结合机器学习算法，是 机器人实现更高级的自身控制。 力控属于更加柔顺的控制，可以实现实时不断调整力的大小，从而适应更多场景，是未来机器人发展的关键所 在。
力传感器分类：六维力传感器最适用于机器人
按照测量维度：可将力传感器分为一维、三 维及六维力传感器，一维力传感器适用于被 测量的力的方向完全与OZ轴重合的场景，例 如称重传感器等；三维力传感器适用于力的 作用点始终与标定参考点O重合，力在三维 空间内随机变化；六维力传感器适用于空间 内力随机变化，同时力的作用点不与标定参 考点O重合且随机变化，整体来看六维力传 感器技术上更难，但性能最好，是最适合用 于机器人上的力传感器。
六维力传感器分类：应变片式为主流
根据传感元件不同，可将六维力传感器分为应变片式、光学式以及压电/电容式。其中，应变片式综合指标占 优。电容传感器成本相对较低，但其他性能方面落后于压电式。 目前应变片式技术最为成熟，精度性能均较高，是现在主流企业的选择，应变片式的工艺主要有硅应变片以及 金属应变片，金属应变片成本较低，但硅应变片近年来技术不断成熟，整体成本呈现下降趋势。
六维力传感器市场规模：下游应用丰富，未来市场空间广阔
根据GGII数据显示，2022年我国六维力/力矩传感器销量8360套，同比增长57.97%，其中机器人行业销量4840 套，同比增长62.58%，到2027年中国市场六维力/力矩传感器销量有望突破84000套，其中机器人行业销量有望 突破42000套； 2022年我国六维力/力矩传感器市场规模1.56亿元，同比增长54.35%，2027年中国六维力/力矩 传感器市场规模将超过15亿元。
六维力传感器市场格局：技术壁垒较高，欧美日先行，国产替代持续发力
结构耦合设计：六维力传感器需要尽可能减少不同维度间的耦合，只靠结构解耦的六维力传感器结构过于 复杂，在加工和装配过程中精度较难控制，难以推广使用。 六维联合加载标定研发：六维力传感器需要综合考虑六个维度进行标定，六维联合加载标定才可以实现 0.5%FS准度。六维联合加载设备目前一般由六维力传感器厂商进行自研，对厂商技术水平要求较高，国内 厂商仍需发力打破技术壁垒。 动态性能算法优化：快速时变信号是传感器需要测量的关键力信息，动态性能低的传感器难以实现对该类 力信息的有效测量，动态算法仍需优化。 耦合误差无法完全避免：受限于工艺、结构等因素，六维力传感器各维度之间不可避免的会产生耦合误差， 需要解耦算法进行解耦以消除不同维度之间的互相干扰，目前解耦算法没有统一的标准或方法，需要根据 情况和具体的传感器进行优化。
三、MEMS传感器
MEMS传感器与MEMS执行器
MEMS传感器： MEMS的全称是微型电子机械系统(Micro Electromechanical System)，利用半导体制造工艺和材料，将传感器、 执行器、机械机构、信号处理和控制电路等集成于一体的微型器件或系统。MEMS传感器可以将输入的信号转 换成可检测的输出信号，与传统传感器相比，MEMS传感器体积小、重量轻、成本相对较低适合批量化生产。 MEMS传感器由MEMS芯片和ASIC芯片组成，MEMS芯片负责将外界的物理、化学信号转换成电信号，ASIC芯 片又被称为应用型专业集成电路，适用于特定需求。
MEMS执行器： MEMS执行器通常只完成单一动作，结构较为简单，但对于材料制备，以及加工工艺的一致性要求较高，如 MEMS 射频滤波器等，MEMS 执行器无需或只需要简单的驱动电路，系统相对简单。
MEMS传感器发展历程
从全球范围来看， MEMS起源于20世纪50年代，20世纪70年代末至90年代，安全气囊、制动压力、轮胎压力检测系统等汽车行 业应用需求增长推动了MEMS行业发展的第一次浪潮，压力传感器和加速度计取得快速发展。 20世纪90年代末至21世纪初，信息技术的兴起和微光学器件的需求推动了MEMS行业发展的第二次浪潮， MEMS惯性传感器与MEMS执行器取得共同发展。 2010 年至今，产品应用场景的日益丰富推动了MEMS行业发展的第三次浪潮，如高性能的MEMS陀螺仪在 工业仪器、航空、机器人等多方面得到应用 。 我国MEMS传感器起源于1982年，2020年以来随着物联网的进一步发展，MEMS发展空间进一步拓展，未来 将向低能耗、高性能的方向继续发展。
IMU：人形机器人姿态控制核心
除应用于机器人领域，IMU还可以运用于自动驾驶、无人机、VR/AR领域； 自动驾驶：通过IMU以及全球定位系统，可以精确感知车辆所在的绝对位置，IMU具备输出信息不间断，不 受外界干扰的独特优势，可以高频次输出车辆运动参数，提供连续的车辆位置、姿态信息。 无人机：通过利用惯性器件及捷联惯性导航技术，可以为无人机提供精确的速度、位置和姿态等信息，从而 实现其精确的导航定位和姿态控制。 VR/AR：IMU刷新率和显示刷新率不断提升，可以使得VR设备实时配合身体而运动，减少使用VR设备时的 晕眩感。
四、柔性触觉传感器
触觉传感器：机器人的重要感知方式
机器人的触觉传感系统通过接触来测量物体的物理特征，从而实现对周围环境的感知。通过触觉感知，机器 人可以感知抓取力度的大小，更精准的抓取物体，此外还可以引入深度学习使得机器人可以根据触觉信息进 一步区分物品的材质和种类。
触觉传感器：从刚性到柔性
触觉传感器主要应用于四个方向： （1）通过模拟皮肤中的神经传导，实现假肢对触觉的模拟，创造出电子皮肤。 （2）力传感器赋予工业机器人手腕的触觉，时刻感受施加的力。 （3）应用于仿生机器人，代替人类进行危险操作，获取相应感知数据。 （4）柔性触觉传感技术的发展使得触觉传感器应用范围进一步扩大。 近年来，学界和业界开始探索多模式和新型触觉传感器，以提升感知性能并降低生产难度。多模式触觉传感器 融合多种传感技术，集成电气接口并优化制造流程，以实现多阵列单芯片。同时，新型传感器的出现也为触觉 传感技术的发展带来新的可能性。
柔性触觉传感器：赋予机器人更丰富的触觉能力
柔性触觉传感器是指，利用柔性材料物理特征，将外部力信息转化为电信息，从而实现触觉感知的传感器。 柔性触觉传感器大多会采用矩阵形式组成阵列式触觉传感器，主要有三大特点：1）类似人体皮肤具备柔韧性； 2）保证精准度的同时可以实现任意弯折、有弹性；3）可以覆盖于非规则、非平面的机器人表面，可扩展性强。 柔性传感器可分为压阻式（电阻）、压电式、电容式、光电式、磁敏式、光纤式和超声式等。其中，电阻式、 电容式、压电式为目前应用最广泛的柔性触觉传感器类型。
报告节选：
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
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