汽车行业深度人形机器人系列深度2：特斯拉发布Optimus+Gen2，传感器为最大边际变化

【中泰汽车·行业深度】 人形机器人系列深度2：特斯拉发布OptimusGen2，传感器为最大边际变化 中泰证券汽车行业首席分析师：何俊艺 中泰证券汽车行业分析师：刘欣畅 中泰证券汽车行分析师：毛䶮玄 S0740523020004 S0740522120003 S0740523020003 15121172110 13662690104 13162320122 hejy02@zts.com.cn liuxc03@zts.com.cn maoyx@zts.com.cn2024年4月20日 1 前言：基于空间格局与成长路径二维标准筛选出乘人形机器人赛道 产业驱动：特斯拉发布OptimusGen2，传感器为最大边际变化 特斯拉推出第二代Optimus，在减重、提速的同时，更加聚焦于控制及运动平衡的稳定性。传感器赋予机器人视、力、触等多种感知能力，对本体及外部环境感知均有助益，国内优必选、智元、宇树等机器人产品上亦搭载多款传感器。 重点传感器：触觉、力矩、IMU、视觉，外资主导，国内加速追赶 1）触觉传感器：从其他物理波形转换成电流或电压波形，处理后以电磁波的形式传输，从而感知力、温度等变化，壁垒主要在材料、算法两方面。触觉传感器目前处于发展早期，以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企业为主。国内布局相对领先的主要为汉威科技子公司能斯达、奥迪威及帕西尼。 2）力矩传感器：将力信号变为电信号，以测量外部受压力的程度，壁垒在于标定&检测以及数据解耦。六维以外资品牌主导，国产率低。在协作机器人细分赛道上坤维等国内品牌已占据头部位置。 3）IMU：测量机器人本体的加速度、角加速度和磁场强度，从而输出速度、位置与姿态，硬件端壁垒为陀螺仪、软件端为算法控制。IMU主要被海外垄断，TDK、霍尼韦尔、ADI等，国内导远、华依、芯动等逐步追赶。 4）视觉传感器：分为2D和3D两种，主要为感知成像，基恩士为行业龙头，全球市占率超50%，国内奥普特相对领先。 产业链相关标的梳理：触觉传感器（汉威科技、奥迪威）、力矩传感器（东华测试、昊志机电、安培龙）、IMU（华依科技、芯动联科、明皜传感）、视觉传感器（奥比中光、奥普特）。 风险提示：人形机器人产业化进度不及预期、AI技术发展不及预期、技术路线不确定、研报使用信息更新不及时的风险。 2 目录 一、产业驱动：特斯拉发布OptimusGen2，传感器为最大边际变化二、传感器拆解：触觉传感器、力矩传感器等 三、重点传感器：触觉、力矩、IMU、视觉，外资主导，国内加速追赶 四、产业链相关公司 五、风险提示 3 空间格局 国产市占率低 本土替代 复合增速>40% 空间>10000亿 空间 优选大空间、高成长性赛道 集中度高 全球替代 赛道筛选标准 格局0到1 快速响应 成本把控 技术突破 壁垒 影响 全球替代赛道 个股成长逻辑 成长路径 汽车产业链同源 平台化发展 执行系统 电机 传动 总成 感知系统 电控 IMU 力传感器 热管理 拓展人形机器人赛道 4 目录 本章核心总结 特斯拉推出第二代Optimus，在减重、提速的同时，更加聚焦于控制及运动平衡的稳定性。传感器赋予机器人视、力、触等多种感知能力，对本体及外部环境感知均有助益，国内优必选、智元、宇树等机器人产品上亦搭载多款传感器。 一、产业驱动：特斯拉发布OptimusGen2，传感器为最大边际变化二、传感器拆解：触觉传感器、力矩传感器等 三、重点传感器：触觉、力矩、IMU、视觉，外资主导，国内加速追赶 四、产业链相关公司五、风险提示 5 特斯拉推出第二代Optimus，在减重、提速的同时，更加聚焦于控制及运动平衡的稳定性。1）手部：全新的11个自由度灵巧手，并在手指增加触觉传感器，可精准抓取鸡蛋；2）足部：行走姿态更接近人类，行走速度提升；3）全身：可完成90度深蹲的高难度动作，主要需要力矩传感器、IMU等以及算法的配合。 图表：特斯拉第二代Optimus变化 手指增加【触觉传感器】，可精准抓取鸡蛋 来源：特斯拉、中泰证券研究所 自研【传感器】，灵巧手有11个自由度 完成90度深蹲，预计搭载 【IMU】、【力矩传感器】 6 国内其他机器人厂商在传感器领域纷纷跟进。传感器赋予机器人视、力、触等多种感知能力，对本体及外部环境感知均有助益，国内优必选、智元、宇树等机器人产品上亦搭载多款传感器。 图表：机器人厂商传感器配置 机器人品牌 型号 传感器配置 优必选 Alpha2 内置超声、触摸、加速度传感器 QrobotAlpha 1300万像素摄像头、六轴、MPU6500传感器、电容触控传感器、PIR热释电红外传感器 智元 远征A1 RGBD相机、激光雷达、IMU(惯性传感器)、麦克风阵列 宇树 UnitreeH1 3D激光雷达、深度相机 特斯拉 OptimusGen1 摄像头、毫米波雷达、超声波传感器、触摸传感器、力传感器 OptimusGen2 触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、激光雷达、惯性测量单元（IMU）、六维力矩传感器 来源：中泰证券研究所 7 目录 一、产业驱动：特斯拉发布OptimusGen2，传感器为最大边际变化二、传感器拆解：触觉传感器、力矩传感器等 三、重点传感器：触觉、力矩、IMU、视觉，外资主导，国内加速追赶 四、产业链相关公司五、风险提示 8 摄像头 一般传感器重要传感器 激光雷达 超声波传感器 （左右两组，接收+发射） 触觉传感器 （双手手指） 触觉传感器 (前中后） 麦克风 位置传感器IMU （胸部、踝部） 力矩传感器 （手腕、脚踝） 9 目录 一、产业驱动：特斯拉发布OptimusGen2，传感器为最大边际变化二、传感器拆解：触觉传感器、力矩传感器等 本章核心总结 技术壁垒方面，六维力矩>触觉>IMU>视觉传感器。竞争格局方面，以上传感器多以外资主导，国内处于发展前期，正加速追赶。发展潜力方面，力矩传感器短期难以规模化量产，IMU、触觉、视觉传感器有望先在人形机器人上搭载。 三、重点传感器：触觉、力矩、IMU、视觉，外资主导，国内加速追赶四、 产业链相关公司五、风险提示 10 IMU：测量机器人本体的加速度、角加速度和磁场强度，从而输出速度、位置与姿态，硬件端壁垒为陀螺仪、软件端为算法控制。IMU主要被海外垄断，TDK、ADI、霍尼韦尔等，国内导远、华依、芯动等逐步追赶。 力矩传感器：将力信号变为电信号，以测量外部受压力的程度，壁垒在于标定&检测以及数据解耦。六维以外资品牌主导，国产率低。在协作机器人细分赛道上坤维等国内品牌已占据头部位置。 触觉传感器：从其他物理波形转换成电流或电压波形，处理后以电磁波的形式传输，从而感知力、温度等变化，壁垒主要在材料、算法两方面。触觉传感器目前处于发展早期，以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企业为主。国内布局相对领先的主要为汉威科技子公司能斯达、奥迪威及帕西尼。 视觉传感器：分为2D和3D两种，主要为感知成像，基恩士为行业龙头，全球市占率超50%，国内奥普特相对领先。 11 相关标的 位置传感器 力矩传感器 外部感知 触觉传感器 视觉传感器 类别 输出加速度、角速度 姿态感知、 定位、稳定 变力矩信号为电信号 监测、控制 作用力 感知触摸、压力、形状 感知触摸 变化 2D/3D视觉数据 识别、检测、 定位 作用 本体感知 零偏稳定性华依科技、芯动联科、 明皜传感 精度、准度 坤维科技、昊志机电、 东华测试、柯力传感、安培龙 灵敏度、分辨率 汉威科技（能斯达）、 分辨率、精度 福莱新材（欧仁新材）、奥迪威 奥比中光、奥普特 12 工作原理：触觉传感器阵列将信号从其他物理波形转换成电流或电压波形，然后通过数字电路对波形进行处理，并以电磁波的形式传输，再由另一个传感器接收和转换成需要的信号形式。 类别及分类：主要分为柔性、和刚性（MEMS为主），其中柔性传感器根据原理不同又分为电容、电感、压阻等5种，目前压阻式相对主流。 图表：触觉传感器原理图表：柔性触觉传感器5种类别对比 传感器阵列 信号调理电路 行列选择 A/D电路转换 数据采集 信号处理 分类 优点 缺点 电容式 测量量程大；线性好；制造成本低；实时性高 物理尺寸大；不易集成化；易受噪声影响稳定性差 电感式 制造成本低；测量量程范围大 磁场分布难以控制，分辨率低；不同接触点的一致性差 光电式 灵敏度高；响应快；较高的空间分辨率；电磁干扰影响较小 多力共同作用时线性较差；数据实时性差；标定困难 压阻式 较高的灵敏度；过载承受能力强 压敏电阻漏电流稳定性差；体积大，不易实现微型化；功耗高；易受噪声影响；接触表面易碎 压电式 动态范围宽；有较好的耐用性 易受热响应效应影响 触觉传感器结构 来源：《柔性触觉传感器在机器人的应用综述》，中泰证券研究所来源：朱宏伟《触觉传感器的现在与未来》，中泰证券研究所 13 壁垒主要在材料、制造两方面。1）材料端：柔性触觉传感器对材料要求较高，需解决柔性化和多维力检测兼容性的问题；2）制造端：需满足拉伸、挤压、扭转变形情况下的正常力矩、温度等的识别。目前由于定制化程度高，使用面积差异化明显，因此制造成本高居不下。 图表：触觉传感器制造工艺图表：触觉传感器图形处理示例 4*6阵列触觉传感器 来源：XELARobotics，中泰证券研究所来源：帕西尼传感官网，中泰证券研究所 14 触觉传感器目前处于发展早期，以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企业为主。国内布局相对领先的主要为汉威科技子公司能斯达（目前已有一条年产1000万支柔性传感器的超净印刷线和组装线）、奥迪威及帕西尼。 图表：国内触觉传感器企业布局 公司 触觉传感器布局 产品 汉威科技 （能斯达） 概况：专注柔性微纳传感技术的研发和产业化，具备多量程的柔性微纳力学量传感器（压力、压电、应变）及阵列的核心设计能力产能：拥有一条年产1000万支柔性传感器的超净印刷线和组装线应用领域：消费电子、健康医疗、IOT等战略新兴产业 奥迪威 概况：公司的产品包括隐藏式超声波避障传感器、触觉传感器、超声波材质识别传感器、触觉反馈执行器等均可实现感知与执行功能领用领域：人形机器人 帕西尼 概况：创始成员来自于日本早稻田大学机器人实验室，产品包括多维度触觉传感器PX-6AX、消费级触觉传感器PX-3A、触觉灵巧手DexH5应用领域：智能制造、康养医疗、工业生产、消费电子 来源：各公司官网，传感器与物联网产业联盟，中泰证券研究所 15 图表：力矩传感器原理 图表：一、三、六维力传感器对比 图表：一维、三维力传感器使用场景有限制 力矩传感器原理：基于霍克定律，当力施加于弹性体感力原件上会产生形变并改变相应电阻值，经过电桥的测量会将相应变化转化为放大电信号。 一维、三维、六维力矩传感器区别：测力方向、距离上不同，其中六维力矩传感器精度最高而一维与三维力矩传感器在多方向、不同距离情况下所测数据失真。 传感器类型 力的方向要求 力的作用点要求 一维力传感器 与标定坐标轴重合 位于标定参考点 三维力传感器 无限制 位于标定参考点 六维力传感器 无限制 无限制 来源：《基于六维力传感器的机器人力控研究》，坤维科技，中泰证券研究所 16 BOM中应变片占比高，当前研发费用、制造费用仍然较高：六维力矩传感器成本可分拆为BOM+贴片+研发+其他，其中BOM包括应变片（占比高）、弹性体、PCB板和粘合胶。当前六维应用场景有限，主要在工业机器人，因此出货量低，制造、研发费用摊销较高。 图表：六维力矩传感器内部结构图表：六维力矩传感器成本拆解 成本项目 占比 BOM成本 应变片 高 弹性体 低 钢结构 低 粘合剂 低 PCB板 低 制造费用 人工贴片费用 低 人工标定费用 高