机械设备行业机器人硬件拆解二：视觉与力控

机械设备 机器人硬件拆解二：视觉与力控 传感器是机器人重要组成部分，价值量或仅次于关节模组。根据YOLE数据，2015-2021年无人机及机器人传感器市场从3.51亿美元增长至7.09亿美元，复合增长率高达12.4%，其中光学传感器占比达74%。传感器 市场高增长率表明机器人对于传感器有强烈需求。机器人传感器可以分为内部传感器和外部传感器，其中内部传感器主要用于测量机器人自身状态，以实现独立行走、动态平衡、一般肢体动作等；外部传感器模仿人类感官，包括视觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉、接近觉等传感器。通常来说，关节模组是人形机器人价值量占比最高的环节，占比一般在40%以上，我们通过梳理人形机器人传感器的可能应用位置与数量，推测人形机器人传感器价值量占比或仅次于关节模组。 视觉：机器人视觉的要点在于移动场景、精细描绘和高集成度。机器人自主导航与汽车自动驾驶技术系出同源，其中机器人视觉受限于内部空间，需具有更高集成度。机器人自主导航与汽车自动驾驶共同的三大关键技术 为环境感知、规划决策与执行控制，自动驾驶和机器人主要通过传感器来获取周围环境信息。常用的视觉和环境感知传感器为摄像头、雷达（毫米 证券研究报告|行业专题研究 2023年05月30日 增持（维持） 行业走势 机械设备沪深300 32% 16% 0% -16% 2022-052022-092023-012023-05 作者 波、激光、超声波等）、红外传感器、GPS、IMU等。马斯克在股东日表 示，特斯拉已经打通了FSD和机器人的底层模块，实现了一定程度的算法复用。FSD算法利用传感器数据进行环境感知，这些传感器也可以帮助机器人感知周围环境，识别物体、人和障碍物等。 力控：多维力矩/力传感是目前最优解，电子皮肤或为触觉终极方案。目前机器人力控方案大致有3类，分别为电流环力控、多维力矩/力传感器力控、被动力控（弹性体），其中多维力矩/力传感器力控是当前力控的最 分析师张一鸣 执业证书编号：S0680522070009邮箱：zhangyiming@gszq.com 研究助理刘嘉林 执业证书编号：S0680122080032邮箱：liujialin@gszq.com 相关研究 佳方案，其硬件包括关节部位的单轴力矩传感器和机器人执行器末端的6 轴力传感器。同时，机器人若要模拟人体的触觉，以及实现人体皮肤对温度、湿度等外界物理量的感知，则电子皮肤可能是最佳路径之一。电子皮肤需要集成各类传感器和集成电路，并使用柔性的材料制作，壁垒较高，目前尚未在机器人领域大量应用。但从泛用性与仿生性角度，我们认为电子皮肤或是机器人触觉的终极方案。 传感器“加码”智能机器人，建议关注具备机器人应用潜力的国产标的。1）柯力传感：国内传感器领军企业，加速迈向物联网综合供应商。2）汉威科技：子公司能斯达开发的柔性微纳传感器已在智能机器人领域得到应用，该技术与电子皮肤兼容。3）奥比中光：3D视觉平台型公司，有望充 分受益于机器人视觉应用场景落地。 风险提示：智能机器人行业发展速度不及预期风险；人形机器人供应链不确定性风险；持续研发投入导致亏损风险。 1、《机械设备：竞争格局优化，静待行业复苏——机床行业2022&2023Q1综述》2023-05-17 2、《机械设备：工控行业2023Q1点评：收入及利润同比微增，环比下降，行业需求拐点或已临近》2023-05-13 3、《机械设备：利润大幅改善，出口+电动化驱动行业长期增长——叉车行业2023Q1综述》2023-05-09 请仔细阅读本报告末页声明 内容目录 一、机器人逐渐迈入智能时代，重视传感器环节增量机会3 1.1传感器：万物互联的基础环节，广泛应用于消费类与工业类产品3 1.2传感器是机器人重要组成部分，价值量占比仅次于关节模组5 二、视觉与力控传感器或为机器人下一个超级赛道7 2.1视觉：机器人视觉要点在于移动场景、精细描绘与高集成度7 2.2力控：多维力矩/力传感是目前最优解，电子皮肤或为触觉终极方案10 三、传感器“加码”智能机器人，建议关注具备应用潜力的国产标的12 3.1柯力传感：国内传感器领军企业，加速迈向物联网综合供应商12 3.2汉威科技：子公司能斯达开发的柔性微纳传感器已在智能机器人领域得到应用13 3.3奥比中光：3D视觉平台型公司，有望充分受益于机器人应用场景落地15 风险提示16 图表目录 图表1：智能传感器分类3 图表2：传感器产业链图谱4 图表3：全球智能传感器市场规模及预测4 图表4：全球传感器市场应用领域格局（2017年）4 图表5：2020年中国传感器行业市场份额5 图表6：2020年中国传感器行业市场集中度5 图表7：机器人传感器示意图5 图表8：机器人传感器分类6 图表9：常用的视觉传感器7 图表10：各类摄像头性能与成本对比7 图表11：各类视觉传感器性能与成本对比8 图表12：特斯拉Optimus在行走的同时进行环境感知与记忆9 图表13：全球视觉传感器行业部分参与企业9 图表14：特斯拉Optimus旋转执行器与线性执行器均配置了传感器10 图表15：生物皮肤（左）与电子皮肤（右）11 图表16：全球力控传感器行业部分参与企业11 图表17：柯力传感部分产品图示12 图表18：柯力传感营收与归母净利润13 图表19：汉威科技部分柔性微压力传感器及柔性薄膜压力传感器图示14 图表20：汉威科技营收与归母净利润14 图表21：奥比中光部分产品图示15 图表22：奥比中光营收及净利润16 一、机器人逐渐迈入智能时代，重视传感器环节增量机会 1.1传感器：万物互联的基础环节，广泛应用于消费类与工业类产品 传感器：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。智能传感器集传感单元、通信芯片、微处理器、驱动程序、 软件算法等于一体，具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储等功能。按照外界输入的信号变换为电信号采用的效应，可将传感器分为物理量传感器、化学量传感器和生物型传感器三大类，按照“工作原理+应用领域”的分类依据具体展开，可分为压力传感器、惯性传感器、磁传感器、光学传感器等。 图表1：智能传感器分类 资料来源：前瞻产业研究院，国盛证券研究所 万物互联的底座，智能传感器下游行业应用广泛。从发展历程看，传感器经历了结构型、固体型、智能型三个阶段，而前两类传感器，已经无法满足当今时代对数据采集、处理等流程的需求，因此，融合了AI技术的智能传感器开始受到关注。当前，智能传感器在 工业4.0时代扮演着十分重要的角色，其是是物联网技术的最底层和最前沿，对物联网产业发展有着十分重要的意义。从产业链角度来看，智能传感器上游主要为设计、原材料以生产设备供应，下游涵盖多个领域，包括消费电子、工业控制、汽车电子、医疗电子等。 图表2：传感器产业链图谱 资料来源：前瞻产业研究院，国盛证券研究所 市场空间将逾500亿美元，家电+汽车+工控是智能传感器的主要应用领域。根据AlliedMarketResearch的预测，2020-2026年，全球智能传感器市场规模年均增速有望超过 14%，预计到2026年，全球智能传感器市场规模接近800亿美元。从具体的下游分别看，智能传感器主要聚焦在消费类产品和工业类产品，2017年家电和汽车分别占比达到23.15%和18.52%，占主要部分。此外，工控、医疗、飞机和船舶等领域对智能传感器的使用量也较为普遍。 图表3：全球智能传感器市场规模及预测图表4：全球传感器市场应用领域格局（2017年） 900 800 700 600 500 400 300 200 100 全球智能传感器市场规模（亿美元） 3.70% 1.39% 2.78% 26.85% 6.94% 23.15% 18.52% 家电用汽车用 工业自动化控制系统与设备用 医疗器械用飞机和船舶用机械工程用工业机器人用 环境保护用 799 699 611 535 468 409 0 20212022E2023E2024E2025E2026E 6.02% 10.65% 其他 资料来源：AlliedMarketResearch，前瞻产业研究院，国盛证券研究所 资料来源：前瞻产业研究院，国盛证券研究所 国内市场仍主外资主导，高端传感器芯片约80%依赖海外。当前，我国传感器市场仍旧由外资主导，国内供给能力略有不足，全球龙头企业如爱默生、西门子、博世、意法 半导体、霍尼韦尔等跨国公司占据约60％的国内市场份额，尤其在高端市场，约80％的传感器芯片依赖海外企业，剩余的份额也只要集中在几家上市公司手中。从国内格局看，当前市场较集中，我国传感器行业TOP5企业占据了国内传感器市场约40％以上的份额，其余约60％为中小企业，产品或主要集中在中低端，或未实现大规模应用。 图表5：2020年中国传感器行业市场份额图表6：2020年中国传感器行业市场集中度 国内企业,40% CR5,40% 国外企业,60% 其他,60% 资料来源：前瞻产业研究院，国盛证券研究所资料来源：前瞻产业研究院，国盛证券研究所 1.2传感器是机器人重要组成部分，价值量占比仅次于关节模组 当前机器人传感器细分市场规模约7亿美元，其中大部分为光学传感器。机器人用传感器与其他领域传感器有一定差异，如机器人特有的空间限制、灵敏度要求、高度集成的 反馈决策系统等。根据YOLE数据，2015-2021年无人机及机器人传感器市场从3.51亿美元增长至7.09亿美元，复合增长率高达12.4%，其中光学传感器占比达74%。传感器市场高增长率表明机器人对于传感器有强烈需求。 图表7：机器人传感器示意图 资料来源：YOLE，国盛证券研究所 模拟人类感知需要一套复杂的传感器系统，包含内部传感器和外部传感器。以人类的感官来类比机器人传感器系统，一台能完全模拟人类的机器人身体上会用到大量传感器，用于提供视觉、听觉、触觉、位置等信息。机器人在感知能力上可以模仿人类，也可以 超越人类，传感器性能与数量均有望在未来突破人体上限，使机器人能够完成高度复杂 的任务与动作。从分类上看，机器人传感器可以分为内部传感器和外部传感器，其中内部传感器包括位置、速度、力、加速度等物理的传感器，主要用于测量机器人自身状态，以实现独立行走、动态平衡、一般肢体动作等；外部传感器模仿人类感官，包括视觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉、接近觉等传感器。 图表8：机器人传感器分类 资料来源：同心制造网，国盛证券研究所 机器人传感器价格昂贵，其价值量占比或仅次于关节模型。相较于用于检测机器人各个内部系统的内部传感器，用于获取机器人的作业对象对外界环境的相关信息的外部传感器价值量更高，也是目前众多机器人应用探索的方向。通常来说，关节模组是人形机器人价值量占比最高的环节，占比一般在40%以上，我们通过梳理人形机器人传感器的可能应用位置与数量，推测人形机器人传感器价值量占比或仅次于关节模组，其中视觉、力控、听觉属于通用型机器人必备传感器，嗅觉、味觉等为非必需传感器，只有特定工 作场景需要配备。 二、视觉与力控传感器或为机器人下一个超级赛道 2.1视觉：机器人视觉要点在于移动场景、精细描绘与高集成度 机器人自主导航与汽车自动驾驶技术系出同源，其中机器人视觉受限于内部空间，需具有更高集成度。与汽车视觉类似，机器人视觉需要在移动场景中做到精细描绘，这对感知单元提出了较高要求。同时，机器人（尤其是人形机器人）受限于内部空间，其感知 单元需具有更高集成度。机器人自主导航与汽车自动驾驶共同的三大关键技术为环境感知、规划决策与执行控制，自动驾驶和机器人主要通过传感器来获取周围环境信息，同时也会通过高精度地图和IoT技术来扩展环境感知能力。常用的视觉和环境感知传感器为摄像头、雷达（毫米波、激光、超声波等）、红外传感器、GPS、IMU等。 图表9：常用的视觉传感器 资料来源：《