人形机器人深度之三：更精确的感知，更高效的交互

证券研究报告 更精确的感知，更高效的交互 --人形机器人深度之三 证券分析师：曾朵红、阮巧燕 执业证书编号：S0600516080001、S0600517120002 研究助理：许钧赫 执业证书编号：S0600123070121联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn联系电话：021-60199798 2024年2月26日 请务必阅读正文之后的免责声明部分 摘要 人形机器人感知模块是运控与交互基础，遍布全身，未来成长空间广阔。人形机器人主流传感器包括，1）位觉传感器：使用量1颗IMU，用来测量机器人的运动及姿态信息，一个价格400-2000元，未来或取消；2）视觉传感器：国内深度相机+激光雷达，特斯拉为纯视觉方案，1个鱼目摄像头+2个普通摄像头；3）关节力控传感器：特斯拉每个线性关节在电机外分别放置1个一维压力传感器；每个旋转关节在减速器外分别放置1个一维力矩传感器，国内方案不一。4）手腕和脚踝传感器：每个手腕脚踝分别放1个六维力矩传感器（可选装），价格2-4万/个，但降价空间大。5）触觉传感器：手部增加触觉传感器可提高灵巧手性能，多种技术路线布局；特斯拉直接使用10个触觉传感器。市场空间看，若2030年人形机器人全球量产116万台，考虑特斯拉市占率65%，并考虑降价，则预期六维力矩传感器市场空间230亿>一维力矩市场空间140亿>触觉传感器100亿。 六维力矩传感器壁垒高空间广，国产替代加速：主流技术为电阻应变式，其综合性能最优，精度高、技术成熟、测量范围广，其中应变式中硅应变片为未来产业方向，其优势在于灵敏度高（高50-100倍），机械滞后小、体积小、耗电少 （温度稳定性有待提高）。六维目前空间小，22年国内销量不足5k台，生产壁垒高，包括结构解耦设计、贴片靠熟练技术工、自研开发六维联合加载设备用于标定与检测。格局上看，海外老牌厂商多，多有较长历史，产品精度高，但价格高昂，一般为4-5w/个；国内企业规模上小，龙一为宇立科技，预计份额50%，其余厂商坤维科技、鑫精诚、海伯森、蓝点触控均已推出产品，同时东华测试、重庆鲁班机器人技术研究院、昊志机电、埃力智能等，也已初步具备六维力/力矩传感器的生产能力，部分产品已开始送样测试。 触觉传感器多技术路线并行，追求极致性能，美企领先，中国企业未来可期。触觉传感器追求高灵敏度（多维力感知） 、高集成度（单位面积列阵单元多）、高延展性（耐用、高分辨率柔性材料）、成本低，以便获取物体信息，提升灵巧手抓取的力和力矩的控制效果，对硬件、生产工艺、算法均要求高。目前多技术路线并行，短期看，压阻式传感器技术难度低、成本可控，更多在中低端领域放量；而电容式及电磁式性能更优，抗干扰能力提升后，放量潜力大；视触觉传感器理论上限高，随数据积累及大模型成熟，同时集成度提升后，未来潜力大。格局上，美企领先，但中国企业加速布局，未来可期。 投资建议：综合考虑价值量、未来产业趋势，我们认为传感器投资排序六维力矩>触觉传感>关节传感>双目摄像头 >IMU。建议关注六维力矩相关企业东华测试、华培动力、华依科技；建议关注触觉感知相关公司，汉威科技、柯力传感；建议关注双目摄像头公司奥比中光。 风险提示：销量不及预期，价格竞争超市场预期，传感器于机器人应用进程不及预期，国际贸易摩擦及大客户依赖风险 2 人形机器人感知模块是运控与交互基础，遍布全身 六维力矩传感器壁垒高空间广，国产替代加速 触觉传感器多技术路线并行，美企领先，中国企业可期 重点公司情况 投资建议与风险提示 目录 3 人形机器人感知模块是运控与交互基础，遍布全身 4 5 数据来源：BFT机器人，东吴证券研究所 感知模块是人形机器人具身智能的基础 感知是交互的基础：人形机器人包括感知模块、交互模块、运控模块，感知模块是基础，为交互与运控模块提供信息，并实时反馈，以便机器人感知外部环境和物体、调整运控规划。 感知是软硬件结合，遍布全身，不同传感器进行数据融合：类似于人类的各类感官神经，提供视觉、位觉、触觉、力觉等信息，分布于人形机器人的各类关节中，包含软硬件算法，各数据可进行融合，提供运控规划准确性。 图人形机器人三大构成部分 感知模块 交互模块 运控模块 IMU 力传感器 多目摄像头 触觉传感器 毫米波雷达 力矩传感性 激光雷达超声波雷达 高精地图 灵巧手 惯性导航 任务描述 任务分解 决策规规划划 运动规划 路径正解 控制 位置控制 力控制 芯片与算法 伺服电机 谐波减速器 滚柱丝杠 RV减速器 无框电机 棉麻器 平衡与运动执行 行走步态 手部抓取 视觉、触觉、位觉等 大脑：决策 身体：运动控制 人形机器人传感器至关重要，遍布全身 位觉传感器：使用量1颗IMU，用来测量机器人的运动及姿态信息，一个价格400-2000元，未来或取消。 视觉传感器：国内深度相机+激光雷达，特斯拉为纯视觉方案，1个鱼目摄像头+2个普通摄像头。 关节力控传感器：特斯拉每个线性关节在电机外分别放置1个一维压力传感器；每个旋转关节在减速器外分别放置 1个一维力矩传感器，普通价格400元/个，高端价格4000元/个。国内方案不一。 手腕和脚踝传感器：每个手腕脚踝分别放1个六维力矩传感器（可选装），价格2-4万/个，但降价空间大。 触觉传感器：手部增加触觉传感器可提高灵巧手性能，多种技术路线布局；特斯拉直接使用10个触觉传感器。 旋转关节14*一维压力传感器 肩膀：旋转执行器*3*2 手肘：旋转执行器*1*2 腰髋部：旋转执行器 *3*2 图：特斯拉人形机器人不同功能传感器分布 位觉传感器IMU*1 摄像头*3 红外线传感器（未定） 线性关节14*一维力矩传感器 大臂：线性执行器*1*2 小臂：线性执行器*2*2 大腿：线性执行器*2*2 小腿：线性执行器*2*2 12 手指10*触觉传感器 Mems传感器 薄膜传感器 视觉方案 3 2 13 脚腕六维力矩传感器*2（可选） 手腕：六维*2（未定） 脚踝：六维*2 12 6数据来源：Tesla，东吴证券研究所 六维力矩>触觉传感>关节传感>双目摄像头>IMU 综合考虑价值量、未来产业趋势，我们认为传感器排序六维力矩>触觉传感>关节传感>双目摄像头>IMU 类别产品功能用量/台价值量/个格局产业趋势 图：人形机器人各类传感器对比 视觉传感器摄像头/RGBD相机/激光测量物体距离和深度； Inter的模块产品性能成熟，市 雷达 根据不同场景选择最优量程和精度 1个2000-3000元 占率高； 国内奥比中光切入 较成熟 位觉传感器 IMU 定位，测量机器人的运动及姿态信息，并反馈至运控模块 在消费电子级汽车中已成熟应用若六维力矩普 1个 400-2000元 博世等海外大厂占据绝大部分份遍应用，有可 额，国内芯动联科、华依科技等起量 能取消IMU 旋转关节：一维力矩 14个400-4000元一维力/力矩低端产品国内可量 未来趋势是使 运控传感器 线性关节：一维压力 测量力的形态，并转化为电信号，反馈至运控 14个200-400元 产，价格低；高端进口产品价格可高10倍。 用多维力矩，精度更高。但 手腕：六维力矩（选用）模块，以便更好执行动 作 2个2万-4万 六维力矩目前是小众市场，国产已突破，但性能较海外厂商有差 若手指传感器精度足够，手 脚踝：六维力矩（选用）2个2万-4万 异，价格高，但降本空间大 腕可取消六维 7 数据来源：传感器技术，东吴证券研究所 Mems触觉传感器 触觉传感器 一维至六维，同时触点面积大小决定手部可放置几个 由于一维传感器用于手部精度受限，但用于身体部分位置，可提升防撞感知 10个 100-3000元 一维Mems传感器成熟，三维和 六维海外厂商明显领先未来趋势往多 维度、高精度、 薄膜传感器 10-1000元 薄膜电容传感器低端产品技术成高集成度、高 熟，价格低廉 延展性方向发 展，若视觉方 视觉方案 基于视觉，利用各种算法做到数据融合，以此模拟触感感知的效果 2个 500美金 案成熟，具备美国Facebook利用Mit的研究成本优势，或成本在做产研，已有产品出售快速替代国内智元机器人也研发并使用该 方案 8 数据来源：公司官网，东吴证券研究所 不同厂商传感器设计各异，特斯拉轻视觉重运控 从视觉感知看，特斯拉纯视觉成本低：特斯拉基于自动驾驶积累的强大纯视觉算法，在人形机器人上简化使用三颗摄像头，成本极低，而国内厂商如智元、宇树，一般采用激光雷达+深度相机。 运控系统看，特斯拉追求精度，国内方案不一：特斯拉为追求精度，旋转/线性采用一维力/力矩传感器，而国内部分厂商采用电流环方式，无需使用力传感器。 触觉方案看，各家未定型：特斯拉gen-2仅发布手指新增使用10个触觉传感器，未透露更多细节；宇树明确表示，手指将自研并使用基于视觉方案的触觉传感器。 图：人形机器人传感器的应用方案对比 企业 名称 视觉感知 旋转关节 线性关节 手指 手腕 脚踝 特斯拉 Optimus 1个鱼目摄像头2个普通摄像头 14个一维力矩传感器 14个一维力传感器 10个触觉传感器 无 2个力传感器 智元机器人 RaiseA1 1个RGBD相机 1个激光雷达 无 无 视觉方案的触觉传感器 宇树 H1 深度相机3D激光雷达 傅里叶 gr-1 双目相机 优必选WalkerXRGBD相机 9 数据来源：东吴证券研究所 力矩传感器及触觉传感器未来市场空间潜力大 市场空间看，若2030年人形机器人全球量产116万台，考虑特斯拉市占率65%，并考虑降价，则预期六维力矩传感器市场空间230亿>一维力矩市场空间140亿>触觉传感器100亿。 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E 2040E 全球机器人新增需求（万台） 3 6 15 30 60 116 2,812 特斯拉（万台） 2 5 12 22 42 75 1,322 -份额 90% 85% 80% 75% 70% 65% 47% 非特斯拉（万台） 0 1 3 7 18 41 1,490 IMU（万套） 3 6 15 30 60 116 2,812 -单价（元/套） 2,000 1,900 1,805 1,715 1,543 1,235 661 -单台用量（个） 1 1 1 1 1 1 1 市场空间（亿元） 1 1 3 5 9 14 186 激光雷达（万套，非特斯拉） 0 1 3 7 18 41 1,490 -单价（元/个） 8,000 7,600 7,220 6,859 6,173 4,938 1,720 -单台用量（个） 1 1 1 1 1 1 1 市场空间（亿元） 0 1 2 5 11 20 256 深度相机（万套，非特斯拉） 0 1 3 7 18 41 1,490 -单价（元/个） 2,000 1,800 1,710 1,539 1,385 1,108 594 -单台用量（个） 1 1 1 1 1 1 1 市场空间（亿元） 0 0 1 1 3 5 88 一维力传感器（万套，特斯拉） 32 73 165 311 592 1,057 18,501 -单价（元/个） 400 380 361 343 309 262 132 -单台用量（个） 14 14 14 14 14 14 14 市场空间（亿元） 1 3 6 11 18 28 245 一维力矩传感器（万套，特斯拉） 32 73 165 311 592 1,057 18,501 -单价（元/个） 2,000 1,900 1,805 1,715 1,543 1,312 346 -单台用量（个） 14 14 14 14 14 14 14 市场空间（亿元） 6 14 30 53 91 139 639 六维力矩传感器（万套） 5 12 29 59 121 232 5,623 -单价（元/个） 20,000 19,00