维力传感器的技术难点及在人形机器人领域的应用前景20241208

维力传感器的技术难点及在人形机器人领域的应用前景20241208_导读2024年12月09日07:23 关键词 人形机器人六维力传感器技术含量附加价值智能制造协作机器人应变片电桥力传感器扭矩传感器解耦集成度电子皮肤核设备手术机器人机械行业A股市场科技主线神经柔顺控制 全文摘要 在一场面向投资者的报告中，发言人首先对周末晚上的参与表示感谢，随后着重介绍了机器人板块在机械行业和A股市场的强势地位。报告深入分析了人形机器人领域中的六维力传感器，强调了其作为机器人神经系统关键部件的重要性，能提供高精度的力和扭矩测量，对提升机器人性能具有决定性作用。目前，尽管该领域的市场规模尚小，但增长势头强劲，主要技术难点集中在耦合和解耦问题以及生产一致性要求上。 维力传感器的技术难点及在人形机器人领域的应用前景20241208_导读2024年12月09日07:23 关键词 人形机器人六维力传感器技术含量附加价值智能制造协作机器人应变片电桥力传感器扭矩传感器解耦集成度电子皮肤核设备手术机器人机械行业A股市场科技主线神经柔顺控制 全文摘要 在一场面向投资者的报告中，发言人首先对周末晚上的参与表示感谢，随后着重介绍了机器人板块在机械行业和A股市场的强势地位。报告深入分析了人形机器人领域中的六维力传感器，强调了其作为机器人神经系统关键部件的重要性，能提供高精度的力和扭矩测量，对提升机器人性能具有决定性作用。目前，尽管该领域的市场规模尚小，但增长势头强劲，主要技术难点集中在耦合和解耦问题以及生产一致性要求上。发言人提及了部分主要生产商及潜在应用领域，并特别强调了中国企业在这一新兴技术领域的潜在机会和重要性，最后呼吁投资者关注并积极与相关企业沟通，以把握未来发展机遇。 章节速览 ●00:00人形机器人及六维力传感器发展报告 机械行业分析师在周日晚上进行了一场关于人形机器人领域的报告，特别强调了科技主题在牛市中的强势表现。人形机器人作为机械行业的一个细分市场，其技术和价值量的重要性被特别指出。报告中强调了六维力传感器作为人形机器人关键技术之一的重要性，讨论了其在人形机器人中的应用、技术挑战以及未来发展潜力。 ●02:12深入解析六维力传感器在机器人中的应用 六维力传感器作为传感器的一种，在智能制造和机器人技术中扮演着重要角色，相当于机器人的神经系统。这类传感器能够测量六种不同的力和力矩，包括两轴力和四轴力矩。它们在人形机器人上用于手腕和脚踝部位，提高机器人的稳定性和灵活性。由于其技术复杂度和高附加值，一个典型的人形机器人会配备四个六维力传感器，总价值大约在4000到8000元之间。接下来将深入探讨六维传感器的基本概念、技术难点以及目前的市场规模和主要玩家。 ●04:31六维力传感器工作原理详解 六维力传感器结合了一维力传感器和扭矩传感器的功能，可以测量三个方向的力和三个方向的扭矩。其工作原理基于应变片和电桥技术：应变片能感应到力作用下材料的微小形变，导致电阻变化；电桥电路通过测量这种电阻变化来计算力的大小和方向。单臂式、双臂式到全臂式电桥，其灵敏度依次增加，但计算复杂度也相应提高。 ●09:37六维力传感器工作原理与应用 在制造六维力传感器时，采用了十字架梁结构，通过在梁的每个面上贴附应变片。当施加力时，梁产生形变，导致应变片发生相应形变，从而改变电压输出，以此来测量力的大小和方向。这种传感器能够感 知六个维度的力，包括XYZ方向的位移和旋转力，适用于柔顺控制领域，能够敏感地感应到施加在其上的力。 ●12:20协作机器人柔顺控制技术 讨论了协作机器人和普通工业机械在碰到障碍物时的不同反应，以及六维传感器在提高柔顺性和精度方面的作用 和难点。协作机器人通过装有六维传感器能感知到外力变化并即时响应，实现柔顺控制，避免伤害。六维传感器的敏感性和解耦问题带来了设计上的挑战，特别是在高端应用领域，如航空、仿生医学、核设备及手术机器人中。 ●15:03理解耦合与解耦的概念 讨论了六维力传感器在测量一维力时的耦合现象。当在X轴施加力时，Y轴、Z轴及各轴的扭矩也会发生变化，这 种现象称为耦合。解耦则是将这些相互关联的形变数量反推回去，确定原本作用的力，过程较为复杂。 ●17:23六维力传感器解耦方法探讨 在探讨六维力传感器解耦问题时，提出两种主要方法：结构解耦和算法解耦。结构解耦通过设计减少结构复杂度，理论上可使用多个独立传感器实现六维力测量，但体积大、集成度低。算法解耦则通过数学算法处理传感器数据实现解耦，面临非线性问题和高一致性要求，生产过程复杂，需人工精确操作，导致成本较高。 ●21:15六维传感器的标定与解耦难点 讨论集中在六维传感器的标定难题上，包括解耦的复杂性与高要求的标定标准。由于传感器之间存在严重耦合和非线性关系，使得标定需要高精度的设备和高度一致性，导致成本高昂。这些传感器对于多方向力的响应复杂，影响了标定和解耦的效果，从而增加了其研发和应用的难度。 ●23:14六维力传感器市场增长与应用展望 六维力传感器当前主要用于高端领域，如协作机器人、汽车和航空等，市场需求快速增长。尽管当前市场规模较小，预计未来有较大发展空间，成本降低和技术成熟度提升是关键因素。中国公司在该领域的市场份额较大，而全球范围内，美国的ATI因特斯拉的应用而知名。未来量产可能仍依赖中国市场。 ●27:14探讨六维传感器在机器人技术中的应用及投资机遇 在当前机器人技术领域，六维传感器被视为高技术含量和高技术壁垒的组件，对于机器人的稳定性和精度至关重要。文章指出，这样的传感器在医美机器人等应用中展现出巨大的潜力，并提到了几家在该领域有进展的公司。此外，还提及了传感器在其他领域的应用前景，如汽车和动画测试，强调了中国企业在这一新兴产业中的作用和机遇。最后，鼓励投资者关注并探索这一领域的投资机会，同时表达了对科技进步和市场周期的积极态度。 要点回顾 在机器人板块中，为什么六维力传感器在人形机器人中如此重要且具有高价值量？ 六维力传感器在人形机器人中扮演着至关重要的角色，它相当于是机器人的神经系统，用于测量机器人在各个关节处所受的力和扭矩。在一台典型的人形机器人中，六维力传感器通常配置在手腕和脚踝处，其价值量总计大约在4000到8000元人民币，这体现了其较高的附加价值。 六维力传感器是什么，以及它在机器人技术中的具体应用和价值如何体现？六维力传感器的工作原理是什么？ 六维力传感器是一种结合了力传感器和扭矩传感器的设备，能够同时测定XYZ三个方向上的力以及围绕这三个轴旋转的三个扭矩力。在人形机器人中，通过六维力传感器可以精确控制每个关节的力与运动，实现更灵活、精准的操作。其价值量高的原因在于其技术难度大、技术含量高，并且在人形机器人的核心部位有大量使用。六维力传感器的基础原理依赖于应变片和电桥两个关键元件。应变片会在受力发生形变时改变电阻值，而电桥则是由四个电阻（或应变片）组成的电路结构，当应变片因受力导致电阻变化时，通过测量电桥两端的电压差就可以计算出应变片所受力的大小，从而实现对力和扭矩的精确测量。 双臂式电桥相较于单臂式电桥有什么优缺点？ 双臂式电桥由于其结构复杂，拥有四个电子片，其中两个是全臂式的。这种复杂性使得它更加灵敏，但同时也带来了在倒推计算时的麻烦。 六维力传感器是如何构建的？ 六维力传感器采用十字架梁结构，将应变片贴在十字架梁的每个面上。当结构受力发生形变时，应变片随之形变，从而导致电压变化，通过分析这些电压变化可以得知力的大小和方向，实现对六个维度力的测量。 六维力传感器为何适合用于协作机器人中？六维力传感器为何难以制作？ 在协作机器人工作过程中，六维力传感器能敏感地感知到外部作用力，一旦有意外接触，机器人能迅速停止运行，保障安全。被动柔顺和主动柔顺是其在机器人控制中的两种应用形式，其中主动柔顺通过传感器精确感知并响应力的变化。六维力传感器难以制作是因为它极其敏感，需要能够精确测量六个独立方向上的力和扭矩。这种高灵敏度在实际应用中带来设计难题，即如何解耦各个方向之间的相互影响（耦合），以便准确反推出各个轴向力的大小。 在65D传感器中，如何实现结构解耦以降低集成难度？ 我们通过结构设计，比如采用非镜像三梁结构等方法，改善传感器布局，可以降低结构设计的复杂度，使得每个传感器独立且不相互影响，从而降低集成度需求。 算法解耦是如何工作的，以及面临哪些技术挑战？ 算法解耦是通过数学算法来解决传感器之间的耦合问题，但这种方法会带来方程组求解的不确定性以及传感器非线性问题等技术难题。此外，加工一致性要求极高，因为六传感器上贴有四十多个叶片，生产过程复杂且耗时，人工显微镜下的操作导致效率低下，这也对产品质量一致性提出了严格要求。 六维力传感器的标定为何困难？ 六维传感器由于耦合严重且涉及多个方向的形变，标定过程复杂，需要精确记录各个方向力的变化。同时，由于产品间可能存在差异性，标定设备要求非常高，现有的联合加载设备要么价格昂贵要么难以购买。 六维力传感器的市场规模和发展前景如何？ 目前六维力传感器主要应用于高端机器人领域，如协作机器人、人形机器人、汽车和航空领域，以及手术机器人等。尽管2022年国内销量为8000多套，市场规模约为2亿元，但随着技术进步、成本降低以及自动化设备需求增长，预计未来市场空间将大幅扩大，潜在市场规模可达100亿左右。 国内从事六维力传感器研发的主要玩家有哪些？ 国内主要玩家包括雨力仪器、海沃森、蓝点触控、坤维、新京城、动测、上一次公司（可能包含安德龙），其中光云科技在国内市场份额较大。 全球范围内有哪些知名的六维传感器制造商，为什么ATI比较有名？ ATI是全球知名的六维传感器制造商，尤其有名是因为特斯拉在其产品中使用了ATI的产品。鉴于未来该类产品很可能需要大规模量产，而美国市场单靠销售几万块产品无法支撑，因此预计中国产业将对此有所贡献。 为什么在人形机器人的脚步和手腕上要使用六维传感器？ 因为人形机器人需要在复杂环境中运动，如路面不平或操作精细动作（如端杯子、倒水）时，只有通过六维传感器才能精确感知各个方向的力，以实现最佳的运动控制和稳定性。 科技传感公司在六维传感器领域的布局情况如何？国内还有哪些公司在研发或应用六维传感器？科技传感公司近期投资了一家做医美机器人的公司，并计划为其提供六维传感器，这可能推动相关产品的快速量产。此外，该传感器已送至华为试样，如果表现优秀，将有助于其进入更多机器人公司。国内有几家原型汽车公司与科技传感有交流，同时还有动画测试、中航电测和安培龙等公司在研发六维传感器技术，各家公司都有一定的进展。 对于投资者来说，如何看待六维力传感器产业及其投资机会？ 六维力传感器是一个新兴且具有高技术含量和壁垒的产业，其在人形技术中的价值量较高，预估价格为8000元/台。对于愿意投入这个行业的企业和投资者，中国产业链如科技传感、中航电测、中航测试、安飞龙等公司提供了广阔的合作和投资空间。建议投资者可通过线下交流或获取对口销售资料进一步了解相关进展。