人形機器人三大核心傳感器梳理

羅宋湯的味道 2024-09-11 發(fā)布于青海

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傳感器是人形機器人的核心零部件，當(dāng)前傳感器在人形機器人中的用量大且成本占比相對較高。以特斯拉的Optimus機器人為例，各類傳感器的成本占比高達近30%。

人形機器人傳感器應(yīng)用位置：

資料來源：yole、GGII

傳感器使人形機器人通過觸覺、視覺和聽覺等感知方式與外部環(huán)境進行交互，還能使其感知自身的實時狀態(tài)。

目前國內(nèi)的人形機器人整機廠商包括優(yōu)必選、達閥、智元、傅利葉、宇樹、追覓和小米等，各家廠商使用的傳感器方案，包括觸覺傳感器、視覺傳感器、力傳感器、IMU傳感器等在各家機器人上均部分得到應(yīng)用。

部分人形機器人廠商傳感器方案：

資料來源：BFT 機器人、傳感器專家網(wǎng)、行行查

01 觸覺傳感器

機器人的觸覺傳感系統(tǒng)是通過物理接觸來探測和衡量物體特征的方式。

觸覺傳感器能夠直接檢測機器人與環(huán)境之間的相互作用，如接觸力、溫度物體的材質(zhì)硬度和柔軟度等特性。

作為視覺傳感的重要補充，觸覺傳感器可以使機器人通過觸摸來感知物體的形狀和質(zhì)地等物理特性，從而進行精確的抓取操作。

觸覺傳感器廣泛應(yīng)用于機器人的關(guān)節(jié)、柔性皮膚等領(lǐng)域。

在工作原理上，觸覺傳感器陣列將各種物理波形信號轉(zhuǎn)換為電流或電壓波形，隨后通過數(shù)字電路進行處理，并以電磁波的形式進行傳輸。在接收端，另一個傳感器會捕獲這些信號，并將其轉(zhuǎn)換回所需的信息形式。

觸覺傳感器主要分為柔性、和剛性（MEMS為主）。

柔性觸覺傳感器往往具有更高的價值。

根據(jù)原理不同，柔性傳感器又分為電容、電感、壓阻等5種，目前壓阻式相對主流。

Optimus的每只手指均配備柔性觸覺傳感器：

資料來源：Optimus官網(wǎng)

柔性觸覺傳感的壁壘主要在材料和制造兩方面。

材料端：柔性觸覺傳感器對材料要求較高，需解決柔性化和多維力檢測兼容性的問題。

柔性觸覺傳感器材料的選擇包括敏感材料，如半導(dǎo)體、有機聚合物、碳納米管、石墨烯等，以及柔性基底材料。

柔性基底材料需要具有輕薄、透明、柔性和拉伸性好、絕緣耐腐蝕等性質(zhì)，材質(zhì)一般為硅橡膠、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等。

制造端：須確保傳感器在拉伸、擠壓和扭轉(zhuǎn)變形等情況下仍能正常識別力矩、溫度等關(guān)鍵參數(shù)。目前由于定制化程度高，使用面積差異化明顯，因此制造成本高居不下。

觸覺傳感器圖形處理示例：

資料來源：帕西尼

觸覺傳感器目前處于發(fā)展早期，以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企業(yè)為主。國內(nèi)布局相對領(lǐng)先的主要有漢威科技子公司能斯達、奧迪威及帕西尼等。

柔性傳感器市場格局方面，全球領(lǐng)先的廠商包括Novasentis、Tekscan、JDI等。

國內(nèi)柔性傳感器主要應(yīng)用于消費電子領(lǐng)域，人形機器人領(lǐng)域的應(yīng)用目前尚處于驗證和測試階段，尚未實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

柔性觸覺傳感器相關(guān)布局廠商包括漢威科技、申昊科技、帕西尼感知、柯力傳感、蘇試試驗、中科納芯、墨現(xiàn)科技、康斯特、力感科技和鈦深科技等。

02 視覺傳感器

機器視覺是人工智能最重要的前沿技術(shù)之一，其底層邏輯在于為機器植入“人眼與大腦”，使機器可代替人工來對被檢測物品做測量與判斷。

機器視覺工作原理主要為通過包括工業(yè)相機與工業(yè)鏡頭的機器視覺產(chǎn)品捕捉被檢測物品的圖像，并將其信息轉(zhuǎn)換為圖像信號，隨后將傳送至圖像處理系統(tǒng)的亮度、顏色以及尺寸等信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。機器視覺系統(tǒng)最后將此類信號進行計算以抽取目標(biāo)特征并利用其運算結(jié)果控制現(xiàn)場設(shè)備。

傳統(tǒng)機器人例如工業(yè)機器人等都是配備模塊化視覺設(shè)備，光源和相機分開，相機和鏡頭及圖像采集卡分開，各個部件體積較大使得整體體積大、成本高，無法廣泛用于機器人視覺中。

當(dāng)前機器視覺向機器人視覺不斷進化。人形機器人視覺方案目前主要以結(jié)構(gòu)光、雙目或多目RGB、TOF 等的組合方案為主。

優(yōu)必選人形視覺方案：

資料來源：優(yōu)必選官網(wǎng)

全球機器視覺市場以美國康耐視和日本基恩士為代表的廠商占據(jù)全球超 50%的市場份額。

國內(nèi)機器視覺行業(yè)整體的品牌競爭力有望持續(xù)提升。以?？低?、大恒科技、天準(zhǔn)科技、凌云光為代表的中國本土機器視覺廠商已在核心零部件技術(shù)與獨立軟件算法等方面進行大力投入；奧比中光在中國服務(wù)機器人 3D 視覺傳感器領(lǐng)域市占率超過70%；奧普特?fù)碛型暾臋C器視覺核心軟硬件產(chǎn)品。

奧比中光機器人與 AI 視覺”產(chǎn)品矩陣：