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1.力傳感器：機(jī)器人控制感知層的核心零部件

傳感器是把其他信息轉(zhuǎn)換為電信號的零部件，力傳感器即把力/力矩的量值轉(zhuǎn)換為電信號的零部件。傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。2019 年實(shí)施的推薦性的國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 36378.1-2018《傳感器分類與代碼 第 1 部分：物理量傳感器》中，基于測量的物理量對傳感器做出了細(xì)致的分類。其中，力學(xué)量傳感器包括：壓力傳感器、重力傳感器、應(yīng)力傳感器、力矩傳感器、位置傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等。本文中的力傳感器指測量各類力/力矩，把力和力矩的量值轉(zhuǎn)換為電信號的零部件。
力傳感器上游材料供應(yīng)充足，下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。從產(chǎn)業(yè)鏈上游來看，根據(jù)測量原理的不同，力傳感器上游為半導(dǎo)體材料、金屬材料、有機(jī)材料等。目前上游材料的供應(yīng)商競爭充分，市場供應(yīng)充足。從產(chǎn)業(yè)鏈下游來看，力傳感器是眾多機(jī)械和電子設(shè)備不可或缺的感知元件，其產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用廣泛，包括汽車電子、通信電子、消費(fèi)電子、專用設(shè)備等多種領(lǐng)域。

1.1.分類方式：按測量原理、測力維數(shù)、輸出方式、力的種類等分

類力傳感器分類方式眾多，可根據(jù)以下方式分類：①測量原理：可分為應(yīng)變式、壓電式、電容式、光學(xué)式等；②測力維數(shù)：可分為 1-6 維力傳感器，其中以一維、三維、六維力傳感器最為常見；③輸出方式：可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器；○4 力的種類：可分為壓力傳感器，稱重傳感器，力矩傳感器等。

（1）根據(jù)測量原理：

根據(jù)測量時利用的不同物理原理，力傳感器可分為應(yīng)變式、壓電式、電容式、光學(xué)式。
應(yīng)變式：將力轉(zhuǎn)化為電阻變化。應(yīng)變式力傳感器的核心零件是電阻應(yīng)變片，一般由金屬或硅制成，可將力產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化，即應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變式力傳感器由在彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件構(gòu)成。當(dāng)待測力作用在彈性元件上時，彈性元件的變形引起敏感元件的阻值變化，通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電信號輸出，據(jù)此推算力的大小。利用相似的原理，除力/力矩以外，應(yīng)變式傳感器還可以測量加速度、位移等物理量。應(yīng)變式力傳感器具有精度高、技術(shù)成熟、測量范圍廣、頻響特性好等特點(diǎn)，是當(dāng)前使用最為廣泛的力傳感器。

壓電式：將力轉(zhuǎn)化為電荷變化。壓電式力傳感器的核心零件是壓電材料，如石英、壓電陶瓷等。壓電材料在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。通過電路將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵觯瑩?jù)此推算力的大小。壓電式力傳感器具有動態(tài)響應(yīng)好、精確性好、分辨率高、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、剛度強(qiáng)等特點(diǎn)。
電容式：將力轉(zhuǎn)化為電容變化。電容式力傳感器的核心零件是電容器。電容式力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號，據(jù)此推算力的大小。電容式力傳感器具有高靈敏度和高分辨率、頻率范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)境適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。
光學(xué)式：將力轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)變化。光學(xué)式力傳感器的核心零件是光纖。光學(xué)式力傳感器由彈性體和光纖構(gòu)成。當(dāng)待測力作用在彈性體上時，彈性體形變使得光纖發(fā)生彎曲，導(dǎo)致經(jīng)過光纖的光強(qiáng)發(fā)生變化。用光傳感器檢測這一信號，據(jù)此推算出力的大小。光學(xué)式力傳感器具有可靠性高、測量范圍廣、動態(tài)響應(yīng)好。

（2）根據(jù)測力維數(shù)：

根據(jù)測力的維數(shù)，力傳感器可以分為一維到六維傳感器。從主流的力傳感器的測量維度來看，一維、三維、六維力傳感器是較常見的產(chǎn)品，二、五維力傳感器較少見。
一維力傳感器：測定一個方向的力。如果待測力的方向能完全與標(biāo)定坐標(biāo)軸重合，那么用一維力傳感器就能完成測量任務(wù)；如待測力與標(biāo)定坐標(biāo)軸成一定夾角，或作用點(diǎn)不在標(biāo)定參考點(diǎn)，則會產(chǎn)生測量偏差。常見的壓力傳感器、稱重傳感器都屬于一維力傳感器。
三維力傳感器：測定三個正交方向的力。如果待測力的方向變化，但力的作用點(diǎn)保持不變，與傳感器的標(biāo)定參考點(diǎn)重合，那么用三維力傳感器就能完成測量任務(wù)。三維力傳感器將給出待測力在 x, y, z 軸的三個分量 Fx, Fy, Fz。如果待測力的作用點(diǎn)不在標(biāo)定參考點(diǎn)，則會產(chǎn)生測量偏差。
六維力傳感器：測量三個正交方向的力和三個正交方向的力矩。即使待測力的方向任意變化，作用點(diǎn)不在標(biāo)定參考點(diǎn)，六維力傳感器也能完成測量任務(wù)。六維力傳感器將給出待測力在 x, y, z 軸的三個分量 Fx, Fy, Fz，和待測力矩的三個分量 Mx, My, Mz。

(3) 根據(jù)輸出方式：

根據(jù)輸出方式的不同，可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器。
模擬傳感器：將被測量的力信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。模擬信號是連續(xù)的變化信號，可以通過模擬電路進(jìn)行處理和控制。模擬傳感器的優(yōu)點(diǎn):1）傳輸距離遠(yuǎn)：模擬信號具有連續(xù)變化的特點(diǎn)，可以在傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下仍保持信號穩(wěn)定；2）成本低：不需要數(shù)字轉(zhuǎn)換器等電路，因此成本較低；3）功耗低：模擬傳感器不需要進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，因此功耗較低。模擬傳感器的缺點(diǎn)：1）精度低：模擬傳感器中存在放大、濾波等環(huán)節(jié)，容易受到環(huán)境干擾等因素的影響；2）抗干擾能力差：模擬信號容易受到環(huán)境干擾的影響；3）不易集成：輸出的是模擬信號，需要通過模擬電路進(jìn)行處理和控制，因此不易與其他電子元器件集成。模擬傳感器廣泛應(yīng)用于電子測量、環(huán)境監(jiān)測、機(jī)器人等領(lǐng)域。

數(shù)字傳感器:將被測量的力信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。數(shù)字信號是一系列由 0 和 1 組成的二進(jìn)制數(shù)碼，可以通過微處理器或單片機(jī)進(jìn)行處理和控制。數(shù)字傳感器的優(yōu)點(diǎn):1）精度高：直接將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，避免了模擬電路中存在的放大、濾波等環(huán)節(jié)帶來的誤差；2）抗干擾能力強(qiáng)：輸出的數(shù)字信號可以通過軟件算法進(jìn)行處理和控制，具有良好的抗干擾能力；3）易于集成：直接與微處理器或單片機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理，可方便地與其他電子元器件集成在一起。數(shù)字傳感器的缺點(diǎn)：1）價格較高：需要包含數(shù)字轉(zhuǎn)換器等電路，造價較高；2）功耗較大：需要通過數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，功耗較大。
數(shù)字傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子等領(lǐng)域。

(4) 根據(jù)力的種類：

根據(jù)所測力的種類，力傳感器可分為壓力傳感器、稱重傳感器、力矩傳感器等。
壓力傳感器：用于測量壓力，包括氣體、液體的壓力。根據(jù)不同壓力類型，壓力傳感器可進(jìn)一步細(xì)分為表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。壓力傳感器是一種極為常用的傳感器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、智能機(jī)器人、汽車、醫(yī)療、家用電器等行業(yè)。采用柔性材料制成的柔性壓力傳感器可用于機(jī)器人仿生電子皮膚，為機(jī)器人提供觸覺感知解決方案。
稱重傳感器：用于測量物體所受重力。稱重傳感器可廣泛應(yīng)用各領(lǐng)域，包括：1.工業(yè)自動化:對物料進(jìn)行稱重和計(jì)量,確保生產(chǎn)過程的精確控制；2.汽車工業(yè)：幫助檢測車輛的重量變化，從而調(diào)整車廂、發(fā)動機(jī)、制動系統(tǒng)等的性能，確保汽車的安全和穩(wěn)定。3.物流領(lǐng)域：用于對貨物的稱量和統(tǒng)計(jì)，從而有助于掌握物流信息，提高運(yùn)輸效率和控制運(yùn)營成本;4.建筑工程：用于測量物料的重量，為建筑設(shè)計(jì)提供支持等。
力矩傳感器：用于測量力矩。根據(jù)被測物體的運(yùn)動狀態(tài)，可以分為動態(tài)的轉(zhuǎn)矩傳感器和靜態(tài)的扭矩傳感器。力矩傳感器常用于交/直流電動機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)；汽車發(fā)動機(jī)、柴油機(jī)、轉(zhuǎn)向器、車身整體剛性扭轉(zhuǎn)以及其他部件加工過程的控制和檢測；電/手動執(zhí)行器，各種閥門自動開閉控制；各種材料扭矩壽命試驗(yàn)；鐵路機(jī)械設(shè)備過程控制等。
1.2.下游應(yīng)用：下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，根據(jù)需求選擇相應(yīng)準(zhǔn)度

汽車電子、消費(fèi)電子、工業(yè)制造為力傳感器的主要下游應(yīng)用。以 MEMS 壓力傳感器為例，汽車電子是第一大下游應(yīng)用領(lǐng)域，約占我國總市場規(guī)模的 47.7%，其次，MEMS 壓力傳感器在消費(fèi)電子、工業(yè)制造、醫(yī)療、航空航天領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用，2020 年分別占總市場規(guī)模的18.2%、15.9%、13.6%、4.6%。此外，新興市場的迅猛發(fā)展也推動了需求的持續(xù)擴(kuò)張，例如：物聯(lián)網(wǎng)帶動稱重傳感器需求、以及人形機(jī)器人即將帶來的對力覺等傳感器的需求。

2.行業(yè)分析：國產(chǎn)替代進(jìn)行時，六維力傳感大有可為

2.1.我國力傳感器市場規(guī)模約 671 億元，多維力傳感有望迎高成長

2022 年世界傳感器市場規(guī)模預(yù)計(jì)超 2500 億美元。傳感器技術(shù)與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并稱現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱，隨著近年來人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等前沿科技的不斷發(fā)展，傳感器市場日益繁榮。根據(jù) Statista 數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì) 2022 年傳感器全球市場規(guī)模為 2512.9 億美元（約合 17963 億人民幣），2022-2025 年 CAGR 為 8.04%。

中國傳感器市場規(guī)模約占全球的 20%，預(yù)計(jì) 2022-2025 年中國傳感器市場復(fù)合增速達(dá) 19.07%。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022 年預(yù)計(jì)我國傳感器市場規(guī)模達(dá) 3532 億，至 2025 年有望增長至 5952 億，CAGR 達(dá) 19.07%，高于全球 2022-2025 年市場規(guī)模 CAGR 8.04%。
力傳感器市場規(guī)模約占整體市場的 19%。力傳感器是傳感器產(chǎn)品的重要組成部分。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，力傳感器市場規(guī)模占整個傳感器市場的 19%，對應(yīng) 2022 年市場規(guī)模約 671億元。

目前六維力傳感器市場規(guī)模較小，未來成長性強(qiáng)?？紤]到六維力傳感器的高技術(shù)壁壘及高價值量，當(dāng)前應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域需求較小，但伴隨著協(xié)作、人形機(jī)器人等市場對多維高精度力傳感器需求的不斷提升，我們看好六維力傳感器長期市場規(guī)模的持續(xù)放量。據(jù)高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2022 年中國市場六維力傳感器銷量為 8360 套，同比增長57.97%，機(jī)器人行業(yè)銷量達(dá) 4840 套。若假設(shè)六維力傳感器銷售均價為 2 萬元，則 2022 年中國六維力傳感器市場規(guī)模約為 1.7 億元。

2.1.1.協(xié)作機(jī)器人：多維力傳感器賦能，提升協(xié)作機(jī)器人工作精度

協(xié)作機(jī)器人是一種可以在共同的工作空間與人類進(jìn)行交互的機(jī)器人。協(xié)作機(jī)器人結(jié)合傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對外部環(huán)境和自身運(yùn)動狀態(tài)的感知，并形成規(guī)劃、學(xué)習(xí)和決策能力，使機(jī)器人能夠根據(jù)環(huán)境和任務(wù)做出正確的動作，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的協(xié)調(diào)工作。協(xié)作機(jī)器人具有重量輕、人友好性、感知能力強(qiáng)、編程簡便等優(yōu)點(diǎn)。

2022 年中國協(xié)作機(jī)器人市場規(guī)模達(dá) 21.53 億元，出貨量為 1.95 萬臺。根據(jù)高工機(jī)器人數(shù)據(jù)，2016-2022 年中國協(xié)作機(jī)器人市場規(guī)模 CAGR=41.46%；2022 年出貨量為 1.95 萬臺，2016-2022 年 CAGR=42.80%。高工機(jī)器人預(yù)計(jì)，隨著下游 3C 電子行業(yè)回暖，汽車及零部件、機(jī)械加工、新能源、醫(yī)療保健等行業(yè)領(lǐng)域滲透率持續(xù)提升，未來六軸及以上協(xié)作機(jī)器人將進(jìn)入一段平穩(wěn)的高速增長期。預(yù)計(jì)至 2026 年，中國協(xié)作機(jī)器人出貨量將接近 6 萬臺。

協(xié)作機(jī)器人工作精度要求高，多維力傳感器賦能提升精細(xì)化程度。3C 電子為協(xié)作機(jī)器人第一大下游應(yīng)用領(lǐng)域，約占總市場規(guī)模的 30.3%；其次，協(xié)作機(jī)器人在汽車及零部件、機(jī)械加工、醫(yī)療保健、半導(dǎo)體、鋰電池等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用，分別占總市場規(guī)模的 27.2%，10.8%、14.6%、3.6，1.3%。上述領(lǐng)域在機(jī)器人的工作精度上都有相當(dāng)高的要求。在附加多維力傳感器之前，協(xié)作機(jī)器人無法完成高精度的運(yùn)動，僅限于完成簡單的任務(wù)，如拾取和放置操作等。配置了多維力傳感器后，協(xié)作機(jī)器人能夠測量其施加的力和力矩的大小，然后調(diào)整其施加的力以更好地執(zhí)行任務(wù)或完成更精細(xì)的任務(wù)，例如去毛刺、精密裝配、拖動示教等。此外，它們可以借助多維力傳感器進(jìn)行質(zhì)量檢測和過程監(jiān)控。

預(yù)計(jì) 2026 年協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域的六維力傳感器市場規(guī)模將達(dá) 6 億元。根據(jù)高工機(jī)器人的預(yù)計(jì)，2026 年協(xié)作機(jī)器人銷量將達(dá) 6 萬臺；假定 50%的協(xié)作機(jī)器人需要使用六維力傳感器，六維力傳感器單價約為 2 萬元，則 2026 年協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域的六維力傳感器市場規(guī)模將達(dá) 6 億元。
2.1.2.人形機(jī)器人：全新增量市場，有望大幅拉動六維力傳感器需求

人形機(jī)器人是一種模仿人類外貌和運(yùn)動能力的機(jī)器人。人形機(jī)器人具有高度通用性，通過多層次、精密設(shè)計(jì)，極大提升了機(jī)器人應(yīng)用場景的靈活性，其終極目標(biāo)是讓機(jī)器人“解放人類勞動力”。人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)是基于人類功能，同時性能又能超越人類，從替人類搬運(yùn)、搜救、排爆、駕駛，到擁有高智能后甚至可以成為人類的陪伴提供情緒價值，其發(fā)展存在無限可能。近年來隨著 AI 大模型的超預(yù)期發(fā)展，以及產(chǎn)業(yè)資本的密集投入，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速。一方面，隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展，人形機(jī)器人在感知、決策和執(zhí)行能力方面取得了巨大進(jìn)步。另一方面，產(chǎn)業(yè)資本關(guān)注度提升，多方入場加速布局，各家企業(yè)機(jī)器人性能亦在不斷完善。比如，Tesla 在 2023 年 5 月的股東大會上發(fā)布其人形機(jī)器人最新視頻，我們可以看到其性能更加穩(wěn)定、形態(tài)也更加自然。Tesla Optimus 機(jī)器人預(yù)計(jì)量產(chǎn)售價低于 2 萬美金，若能實(shí)現(xiàn)該價格，將對人形機(jī)器人市場化放量帶來標(biāo)志性時刻。

此外，人口老齡化和勞動力短缺問題催生了對機(jī)器人的需求。
人口加速老齡化，勞動力出現(xiàn)缺口。據(jù)中國衛(wèi)健委統(tǒng)計(jì)，2015 年中國 65 歲以上人口比例達(dá)10.5%，高于世界平均水平 8.4%。2020 年間，中國 65 歲以上人口比例快速攀升至 13.5%，增速亦高于同期世界平均水平。據(jù)聯(lián)合國經(jīng)社部預(yù)測，2035 年中國 65 歲以上人口比例將達(dá)高達(dá) 22.5%，進(jìn)入超老齡化社會。同期，全球平均水平亦將上升至 13.2%，接近嚴(yán)重老齡化。
據(jù)此，全球均面臨著日益嚴(yán)峻的人口老齡化問題，勞動力供給將面臨嚴(yán)重短缺。

人均工資逐年上升，用工成本水漲船高。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，中國人均工資從 2019 年的 9.05 萬迅速上升至 2022 年的 11.4 萬，復(fù)合增長率達(dá) 8%，用工成本壓力快速上升，假定未來中國人均工資年增長率仍為 8%，2025 年預(yù)期中國人均工資將達(dá) 14.4 萬元。同期，Optimus 預(yù)期將投入量產(chǎn)，據(jù)馬斯克宣稱售價約為 2 萬美元，約合 14 萬元，與中國人均工資基本持平。據(jù)此，人形機(jī)器人有望占據(jù)成本優(yōu)勢，在工業(yè)和服務(wù)業(yè)中實(shí)現(xiàn)快速滲透。

理想情形下，2025-2035 年人形機(jī)器人銷量增速有望達(dá) 94%，兩年投資回報期。根據(jù)哈默納科官網(wǎng)公告顯示的高盛預(yù)測：

①最樂觀情形：2035 年人形機(jī)器人市場規(guī)?？蛇_(dá) 1540 億美元，與 2021 年電動汽車市場規(guī)模相近，2025-2035 年復(fù)合增速達(dá) 94%。為了達(dá)到最樂觀情形，技術(shù)必須有革命性的突破：比如機(jī)器人的電池需支持長達(dá) 20 小時的連續(xù)工作；機(jī)器人需要兼具敏捷性和智能性；運(yùn)動規(guī)劃算法的效率和算力需大幅提升；機(jī)器人需自主學(xué)習(xí)并適應(yīng)工作環(huán)境；機(jī)器人制造成本需年均降低 15%-20%。此外，消費(fèi)者對機(jī)器人進(jìn)入生活的接受度也需要大幅提升。高盛認(rèn)為，上述技術(shù)突破雖然看似難以實(shí)現(xiàn)，但考慮到機(jī)器人的發(fā)展速度已然超乎公眾想象，最樂觀情形亦有可能達(dá)成。
②樂觀情形：若參照全球電動汽車發(fā)展歷程，預(yù)計(jì) 2025-2035 年人形機(jī)器人銷量 CAGR 可達(dá)40%左右。樂觀狀態(tài)下，若人形機(jī)器人發(fā)展速度快于電動汽車發(fā)展進(jìn)程，則預(yù)計(jì) 2025-2035年人形機(jī)器人銷量 CAGR 可達(dá) 59%。
③中性情形：預(yù)計(jì)未來 10-15 年內(nèi)人形機(jī)器人市場有望達(dá)到 60 億美元；④極悲觀情形：人性機(jī)器人技術(shù)發(fā)展遇到瓶頸而停滯，預(yù)計(jì) 2025-2035 年人形機(jī)器人銷量CAGR 可能為 0%；此外，特斯拉 CEO 馬斯克在 AI DAY 以及股東大會上表示其人形機(jī)器人量產(chǎn)目標(biāo)售價預(yù)計(jì)能夠達(dá)到 2 萬美元，銷量有望達(dá)百萬臺級別。

人形機(jī)器人需要4 個六維力傳感器，分布在腕部和踝部。為實(shí)現(xiàn)對人手的模仿，人形機(jī)器人需要精準(zhǔn)測量手關(guān)節(jié)的受力情況。由于手關(guān)節(jié)的執(zhí)行器工作過程中的力臂較大且隨機(jī)變化，一、三維力傳感器不能滿足需求，因此機(jī)器人腕部一般需采用六維力傳感器。人形機(jī)器人在行走過程中，需要測量落腳時所受的力和力矩，以控制機(jī)器人的身體姿態(tài)并維持平衡，因此需要在兩個腳踝處安裝六維力傳感器。

根據(jù)以下假設(shè)，我們對六維力傳感器在人形機(jī)器人不同銷量下的潛在市場空間進(jìn)行了測算：1）每臺人形機(jī)器人在手腕、腳腕處共使用 4 個六維力傳感器；2）六維力傳感器單價隨量產(chǎn)進(jìn)程逐年下降。當(dāng)前六維力傳感器單價約 2 萬元，我們預(yù)測，人形機(jī)器人銷量 10 萬臺時，單價假設(shè)為 5,000 元；銷量 50 萬臺時，單價假設(shè)為 4000 元；銷量達(dá)到 100 萬臺時，單價假設(shè)為 2500 元。
根據(jù)以上假設(shè)，在人形機(jī)器人銷量分別為 10/50/100 萬臺時，六維力傳感器市場規(guī)模分別為 20/80/100 億元。人形機(jī)器人早期量產(chǎn)節(jié)奏存在不確定性，目前尚處于探索期。我們預(yù)計(jì)一旦量產(chǎn)，人形機(jī)器人發(fā)展將進(jìn)入快車道，且六維力傳感器單價將隨之迅速下降，增長前景廣闊。

2.2.競爭格局：傳感器國產(chǎn)化率達(dá) 40%，六維力傳感器國產(chǎn)化率近 80%

從市場競爭格局來看，傳感器國產(chǎn)化率已達(dá) 40%，六維力傳感器國產(chǎn)化近 80%。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)院數(shù)據(jù)，我國傳感器國產(chǎn)化率已達(dá) 40%。在技術(shù)壁壘較高的六維力傳感器力傳感器領(lǐng)域，國產(chǎn)化趨勢更加明顯。據(jù)高工機(jī)器人統(tǒng)計(jì)，2022 年中國協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域六維力傳感器國產(chǎn)化率近 80%，出貨量 TOP1 為國內(nèi)企業(yè)坤維科技，市場份額占比超過 50%；TOP2 為國際龍頭ATI，TOP3-5 為分別為藍(lán)點(diǎn)觸控、宇立儀器、鑫精誠，均為國內(nèi)企業(yè)。

性能對標(biāo)國際龍頭，價格優(yōu)勢推動國產(chǎn)替代。六維力傳感器國際龍頭 ATI 目前的高精度產(chǎn)品準(zhǔn)度為 0.5%。借助自主研發(fā)的六維聯(lián)合加載標(biāo)定設(shè)備，國內(nèi)坤維科技亦可生產(chǎn)準(zhǔn)度高于 0.5%六維力傳感器，這一精度可滿足絕大多數(shù)服務(wù)業(yè)、精密工業(yè)、醫(yī)療領(lǐng)域用途。其余國內(nèi)企業(yè)，如藍(lán)點(diǎn)觸控、宇立儀器、鑫精誠等，產(chǎn)品準(zhǔn)度亦可達(dá)到 1%-3%，可應(yīng)用于對準(zhǔn)度要求相對較低的領(lǐng)域。國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的六維力傳感器單價僅為約 2 萬元，而 ATI 生產(chǎn)的可比產(chǎn)品價格一般在 4 萬元以上，國產(chǎn)品牌成本優(yōu)勢顯著，有望加速推動國產(chǎn)替代。
國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)、品牌方面與外企仍有差距。以常見的應(yīng)變式傳感器為例，阻力主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）技術(shù)壁壘：應(yīng)變式傳感器產(chǎn)品屬于多學(xué)科交叉、技術(shù)密集的高技術(shù)產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)與制造技術(shù)是集力學(xué)、材料學(xué)、計(jì)量測試、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)，尤其對應(yīng)力應(yīng)變分析技術(shù)的理論知識、當(dāng)前新技術(shù)和新材料的運(yùn)用有很高要求。

歐美企業(yè)占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，多輪技術(shù)迭代積累。1942 年，美國 BLH 公司開始應(yīng)變式傳感器的生產(chǎn)，至今已經(jīng)有 70 余年的歷史，期間經(jīng)歷了不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新。從 20 世紀(jì) 40-60 年代利用拉伸、壓縮、彎曲應(yīng)力的正應(yīng)力結(jié)構(gòu)負(fù)荷傳感器，經(jīng)過 70 年代的切應(yīng)力、平行梁結(jié)構(gòu)與正應(yīng)力結(jié)構(gòu)稱重傳感器、80 年代中期以前的模擬應(yīng)變式傳感器，發(fā)展到如今數(shù)字式和模擬式傳感器共存的格局。期間，金屬箔式電阻應(yīng)變計(jì)的研制成功及負(fù)荷傳感器電路補(bǔ)償與調(diào)整工藝的成熟都大大提高了傳感器產(chǎn)品的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。相比之下，國內(nèi)應(yīng)變式傳感器的研制與生產(chǎn)起步較晚，60 年代僅有幾個廠家生產(chǎn)普通精度等級的應(yīng)變式傳感器，且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一。80 年代初，我國從美、日等國引進(jìn)應(yīng)變式負(fù)荷傳感器制造技術(shù)與工藝裝備，進(jìn)行學(xué)習(xí)、消化吸收，經(jīng)過仿制和試生產(chǎn)后，才開始多品種小批量生產(chǎn)并推向市場。

（2）品牌壁壘：傳感器元件決定了控制系統(tǒng)的精確程度，下游客戶對產(chǎn)品精度和穩(wěn)定性要求較高。為確保品質(zhì)合格，下游客戶采用新傳感器前需要經(jīng)過復(fù)雜的測試和認(rèn)證，這一過程耗時長、費(fèi)用高。在冶金、化工、核電設(shè)備、油氣等領(lǐng)域，下游用戶對傳感器質(zhì)量要求更為嚴(yán)格，對相關(guān)產(chǎn)品以往的安全、穩(wěn)定使用業(yè)績有著明確要求，通常不會選用沒有使用記錄的產(chǎn)品。因此，傳感器安全使用歷史業(yè)績和品牌聲譽(yù)的要求為新企業(yè)、新產(chǎn)品進(jìn)入市場形成了較高的壁壘。
但國內(nèi)企業(yè)亦具備人力成本、政府扶持等優(yōu)勢：

(1) 人力成本：力傳感器生產(chǎn)線中尚有較多環(huán)節(jié)無法實(shí)現(xiàn)自動化，需要人工操作。盡管最近數(shù)十年歐美國家在力傳感器的生產(chǎn)流程上進(jìn)行了不斷的自動化試驗(yàn)和嘗試，但在產(chǎn)品生產(chǎn)的貼片、溫度補(bǔ)償、測試等核心環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)外技術(shù)條件下仍然必須由人工完成，距離生產(chǎn)過程全自動化尚存在諸多困難。這一特點(diǎn)客觀上決定了我國在該產(chǎn)品的生產(chǎn)上有著明顯的人力成本優(yōu)勢。

(2) 政策扶持：國際競爭環(huán)境日益激烈，國家戰(zhàn)略支持重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化節(jié)奏加快。自“增強(qiáng)制造業(yè)核心競爭力”2022 年首次被寫入政府工作報告后，推進(jìn)重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化、推進(jìn)關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化是落實(shí)國家戰(zhàn)略的需要，也是中國高端制造業(yè)“走出去”的重要突破點(diǎn)；進(jìn)一步，黨的二十大報告指出“著力提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平”，即重在補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈、組鏈和造鏈，其中所謂“補(bǔ)鏈”即補(bǔ)齊短板，聚焦被 “卡脖子”的關(guān)鍵行業(yè)、核心技術(shù)，圍繞核心基礎(chǔ)零部件與基礎(chǔ)制造工藝等，在關(guān)系國家安全的領(lǐng)域和節(jié)點(diǎn)確保自主可控。力傳感器作為多項(xiàng)重要下游領(lǐng)域關(guān)鍵零部件，國產(chǎn)制造商正處于布局加速階段，定位高端以及新興應(yīng)用領(lǐng)域，如新能源汽車、人形機(jī)器人等。

3.六維力傳感器：精密力控剛需，高壁壘高成長

3.1.精密力控技術(shù)核心，應(yīng)用前景廣闊

力控精度需求提升，六維力傳感器重要性凸顯。接觸過程幾乎貫穿了現(xiàn)代加工、制造業(yè)的所有環(huán)節(jié)。因此，對以“接觸載荷”為代表的力和力矩的準(zhǔn)確、快速測量是實(shí)現(xiàn)加工、制造智能化的重要保障，也是智能設(shè)備和機(jī)器人實(shí)現(xiàn)柔順化操作的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)之一。傳統(tǒng)的力和力矩測量大多依靠于一維力傳感器實(shí)現(xiàn)，但隨著設(shè)備工作條件和工作模式的日益復(fù)雜化，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備對力傳感和控制要求也越來越高：需要在兼顧尺寸要求的基礎(chǔ)上，精確快速感知三維的力和力矩，并實(shí)現(xiàn)反饋控制。
與使用一維力傳感器相比，六維力傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 精度提升：高精度的六維力傳感器耦合誤差可以做到 0.5%以內(nèi)，常規(guī)產(chǎn)品也可以做到2%-5%，但是如果使用多個一維力傳感器組合解耦，一般的耦合誤差高達(dá) 20%以上，嚴(yán)重影響測量精度。
(2) 結(jié)構(gòu)緊湊：六維力傳感器體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，一個六維力傳感器所需的空間小于六個一維力傳感器。鑫精誠生產(chǎn)的六維力傳感器直徑最小可達(dá) 9.5mm。小體積的六維力傳感器可適配機(jī)器人關(guān)節(jié)等狹小空間，降低機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。
(3) 協(xié)調(diào)同步：使用多個一維力傳感器可能出現(xiàn)傳感器間信號不同步的問題，而六維力傳感器可同時解算出三個方向的力和力矩，同步性大大提高。
即使不需要三個方向的力矩信息，三維力傳感器仍無法替代六維力傳感器。部分力控算法僅需要利用三個力的數(shù)值，而不需要力矩的大小，但這并不意味著可以使用三維力傳感器替代六維力傳感器。在機(jī)器人等復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)中，元器件所受力的力臂變化隨機(jī)且幅度大，對三維力傳感器的測量結(jié)果有顯著影響，導(dǎo)致誤差過大。相比之下，六維力傳感器充分解耦了三個方向的力和力矩，可應(yīng)對力臂多變的情況。此外，當(dāng)力臂過大時，即使三維力傳感器所受力未超過量程，過大的力矩也可能導(dǎo)致傳感器材料屈服、斷裂、損壞；而六維力傳感器可及時感知到力矩的異常變化，進(jìn)而控制機(jī)器人調(diào)整姿態(tài)以避免元器件損壞。

六維力傳感器目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)打磨、汽車測試、力控裝配、拖動示教、醫(yī)療健康、航空航天等場景。