传感器专题研究：人形机器人感知交互基础，重视技术路线变化及产业进展

传感器：人形机器人感知交互基础，重视技术路线变化及产业进展 传感器专题研究： 证券研究报告行业深度研究报告 【华西机械团队】 分析师：黄瑞连SACNO：S1120524030001 邮箱：huangrlhx168comcn 分析师：石城 SACNO：S1120524080001 邮箱：shichenghx168comcn 2025年2月 传感器：人形机器人感知交互基础，重视技术路线变化及产业进展。人形机器人传感器主要分布于传感系统，常见的类型包括视觉、触觉、听觉传感器，嗅觉和味觉传感器可能在人形机器人特定应用场景中应用。目前六维力传感器、激光雷达、柔性电子皮肤、高性能惯性测量单元（IMU）及力控扭矩传感器等在该领域具有较高的技术价值和市场潜力。我们按照不同功能，将人形机器人的传感器分为视觉听觉、力及触觉、编码器及惯性。据CSDN，2030年人形机器人的零部件价值量，力传感器IMU占比达到13。各类传感器中，力及力矩传感器价值链占比较大。 多类型传感器：力及触觉传感器高价值量，国内企业进展加速；其他环节老玩家的新进展。1）视觉及听觉传感器：在人形机器人领域，3D视觉感知技术可以让机器人获得更加准确的外部环境信息，降低误差，帮助机器人快速地进行各种动作反应。听觉领域，多采用麦克风阵列，麦克风阵列常采用多个麦克风分布在三维空间，对空间中信号的不同方向和方位的立体感知能力有所提升。2）力力觉及触觉传感器：力力矩传感器价值量较大 ，且六维力传感器技术壁垒较高，目前ATI占据了最高的市场份额。国内企业如宇立仪器、坤维科技、蓝点触控等正在积极开拓六维力传感器市场。电子皮肤领域，处于发展提速的阶段，难度较大且与其他传感器的交互存在较高壁垒。皮肤及灵巧手终端的触觉，将一直是技术及产业迭代的主要方向。3）惯性传感器：国内IMU行业玩家相对固定，且IMU结构相对成熟，目前机器人企业的IMU方案仍存在不确定性，建议此环节持续关注老玩家的新进展，以及关注机器人企业的IMU方案进展。 投资建议：目前人形机器人的发展提速，国内外厂商开展了军备竞赛，传感器作为人形机器人必不可少的部件，有望需求迎来较快增长，且技术路线有望持续迭代，国内技术实力较强的企业有望迎来快速发展。人形机器人的传感器，包括视觉、听觉、力觉及触觉、惯性传感器等。1）视觉传感器：受益标的包括深耕3D视觉传感器的奥比中光，以及机器视觉领域领先的凌云光、奥普特等。2）听觉传感器：受益标的包括国内麦克风领域领先的敏芯股份邓。3）力力矩传感器：受益标的包括平台型传感器龙头柯力传感、六维力传感器有进展的安培龙、东华测试、凌云股份等。4）触觉传感器：作为应用广泛且难度较大的环节，相关企业尚处于研发阶段，受益标的包括汉威科技、福莱新材、日盈电子等。5）惯性传感器：用途及产品形态相对成熟，建议关注具备陀螺仪芯片设计能力的龙头芯动联科，受益标的包括发布机器人IMU新产品的华依科技等。 风险提示：行业开拓及应用进展不及预期的风险；传感器技术难度大且路线多变，国内企业进展及降本不及预期的风险；行业竞争加剧的风险。 一 传感器：人形机器人感知世界的基础 传感器：人形机器人交互和感知的关键。人形机器人传感器主要分布于传感系统，常见的类型包括视觉、触觉、听觉传感器，嗅觉和味觉传感器可能在人形机器人特定应用场景中应用。目前六维力传感器、激光雷达、柔性电子皮肤、高性能惯性测量单元（IMU）及力控扭矩传感器等在该领域具有较高的技术价值和市场潜力。我们按照不同功能，将人形机器人的传感器分为视觉听觉、力及触觉、编码器及惯性传感器。 智能传感器：更适合人形机器人交互。较为常见的传感器类型有电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、压阻式传感器以及MEMS传感器等。智能传感器是融合了传感器、微处理器、信号调理模块、存储模块、ADC模块、通信模块、智能算法等软硬件为一体的微型系统 ，具备信号感知、信号处理、数据存储、人工智能、双向通信、数字信号输出等诸多功能。 图：传感器在人形机器人中的用途广泛图：传统传感及与智能传感器的区别 分类 代际 内部结构 功能特点 传统传感器 第1代 只有敏感元件，不包含电路模块 将非电信号转换成微弱的模拟电信号输出 第2代 构成传感器的感知部分，可远程控制 智能传感器 第3代 包含微电机系统和信号调理模块 开始采用MEMS工艺，可进行信号调理 第4代 包含MEMS、信号调理和数据处理模块、数字端口等 允许传感器寻址，可对自身状态进行评估 第5代 包含多个MEMS、微处理器以及数据存储、信号调理、数据处理、模数转换和数字端口等模块 具备指令和数据双向通信、数字信号传输、本地数据处理、自检测、自补偿、自定义算法等功能 机器人传感器的分类：机器人上传感器是指机器人将对内外环境感知的物理量变换为电量输出的装置，一般分为内部传感器和外部传感器。1）内部传感器：内部传感器主要用来感知和监测机器人自身的状态参数，以调整并控制机器人的运动。2）外部传感器：用来检测机器人周边环境、目标的状态特征等，使机器人能够根据不同的环境进行自动校正和自适应调整，如避障和路线规划等。 国内外玩家技术迭代加速，对传感器的需求也逐步提升。1）TESLA：Optimusgen3，特斯拉最新发布的机器人方案中，灵巧手的自由度提升至22个，对手部传感器要求进一步提高。2）Figure：FigureAI在完全自主研发端到端机器人AI方面取得进展，在25M2发布了Helix模型。3）其他：包括国内及海外很多公司都在重点发展人形机器人，传感器是人形机器人必不可少的环节，且有望随着技术迭代而不断发展。 图：机器人的内部传感器和外部传感器图：Optimusgen3图：Figure02 内部传感器 外部传感器距离传感器 速度传感器 力觉传感器 加速度传感器 听觉传感器 位置传感器 温度传感器 振动传感器等 物体识别传感器 气压传感器等 人形机器人传感器：人形机器人对感知要求较高，涵盖了视觉、力觉、听觉、触觉等方面。 传感器价值量。据CSDN，2030年人形机器人的零部件价值量，力传感器IMU占比达到13。各类传感器中，力及力矩传感器价值链占比较大。 类型 基本介绍 特点 视觉传感器 通过相机硬件和计算机算法，让机器人处理来自现实世界的视觉数据，技术路线可分为结构光、ToF、双目多目视觉，激光扫描等。 通常配备先进的机器视觉系统，结合多感知能力和AI算法，以实现环境感知、追踪、导航规划、人机交互等。 听觉传感器 主要为麦克风，包括声音接收器、信号处理器和音频处理软件等部分。 模拟人类听觉功能，用于接收和识别声音信号，进而实现语音识别、语音合成、声源定位等。 力传感器 主要为力矩传感器，其可以在各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知进行检测，将扭力的物理变化转为精确点信号的一种传感器。 力传感器主要作用为感知并度量力，应用于人形机器人关节部位，其中六维力传感器是维度最高的力矩传感器，能给出最为全面的力觉信息，力传感器领域的高价值品类。 运动传感器 人形机器人运动传感器主要是惯性传感器 （IMU），人形机器人位移姿态检测和稳定性 控制主要依赖于MEMSIMU。 通过采集角速度与加速度等惯性信息，可以用于推算人形机器人的实时位置与运动轨迹。同事，可以与机器人搭载的多传感器融合，在数据类型和数据频率间实现互补。 触觉传感器 大多被排列成矩阵组成阵列触觉传感器，空间分辨率可达毫米级，接近人类的皮肤，因而被称为“电子皮肤”。 可覆盖于人形机器人三维载体表面，实现与环境接触力、温度、湿度、振动、材质、软硬等特性检测，是人形机器人实现类人触觉的关键。 图：人形机器人的主要传感器介绍 图：2030年人形机器人零部件价值量占比 19 31 16 8 13 2 11 行星滚柱丝杠无框力矩电机减速器 力传感器惯导IMU空心杯电机其他 目录 二 视觉及听觉传感器：机器人观察及对话的基础 6 视觉传感器：重视3D机器视觉传感器。视觉传感器指的即是机器视觉。机器视觉可以分为3D视觉感知及2D视觉成像，在应用上，3D视觉感知技术相比2D成像技术而言也更加广泛。在人形机器人领域，3D视觉感知技术可以让机器人获得更加准确的外部环境信息，降低误差，帮助机器人快速地进行各种动作反应。 DVS相机：不同于传统图像传感器，DVS传感器仿照生物眼镜成像，且具备独特的成像机制。DVS像素阵列是并行整列，两个像素单元之间事件发生没有关联性，因此在同一时刻，可能是部分像素单元会有事件发生需要往外传输。DVS传感器尚处于发展早期的阶段，再加上其像素单元结构的复杂性，现阶段的像素阵列大小相较于传统的图像传感器要小很多。 3D视觉感 知主要技术 最佳测量距 离 分辨 率 测量精度 主要适用场景 结构光 5m 高 近距：高中远距：低 手机前置、刷脸支付、刷脸门锁、服务机器人、安防监控、屏下3D结构光等 iToF 35m 中 近距：低中距：高 手机前置、后置、扫地机器人、ARVR、门禁等 dToF 5m 低 近距：低远距：高 手机后置、平板后置、扫地机器人等 双目 15m 高 低 汽车侧面、室外机器人、智能安防等 Lidar 200m 低 近距：低远距：高 汽车自动驾驶、汽车ADAS、低速物流车自动驾驶等 工业三维测量 200mm30m 极高 极高 高精度工业测量、材料、结构检测 图：空间三维测量示意图图：不同场景对3D测量要求的区别 图：DVS传感器像素阵列 技术路线：不同厂商技术路线不同。人形机器人视觉方案目前主要以结构光、双目或多目RGB、TOF等的组合方案为主；算法基础强的厂商会采用更为简单的传感器方案，而算法相对薄弱的厂商会选择更为核心的硬件。国内大多厂商使用多传感器融合方案实现环境感知。 图：国内外各人形机器人企业的视觉方案图：不同传感器方案的优劣势比较 企业 型号 视觉方案 激光雷达 可见光摄像头 深度相机 激光毫米波雷达 相机 摄像头 优势 1）稳定性强，对环境、光照影响不敏感；2）能精确定位物体位置及其距离；3）探测范围大，最大可实现360视图 1）可获取的环境数据信息量较大；2）设备成本低廉，视觉识别技术成熟；3）体型小便于安装 1）可同时获取场景深度信息及视觉信息；2）稳定性强，距离 计算不受光照影响； 3）体型小便于按照 优必选 WalkerX 腰部4毫米波雷达 RGBD相机四目相机 智元机器人 远征A2 激光雷达 RGBD相机鱼眼相机 宇树科技 H1 3D激光雷达 深度相机 劣势 1）只能产生点云图像，提供的信息数据量小；2）价格昂贵，要求的安装空间比较大；3）不能进行视觉识别 1）不能大范围检测，视角广度较小；2）获取距离信息困难，算法耗时长；3）图像质量受环境光照影响较大 1）视角广度小，测距范围一般在10m内；2）传感器成本偏高； 3）设备获取深度图像质量偏低 星动纪元 星动STAR1 深度视觉相机 摄像头 开普勒 先行者K1 RGBD相机鱼眼360环视相机 红外双目摄像头 乐聚机器人 KUAVO30 高清RGB相机 结构光深度摄像头 帕西尼感知科技 TORAONE 摄像头深度摄像头 图：微软KinectV2TOF深度相机 众擎机器人 SE01 激光雷达 高清摄像头 傅利叶智能 GR1 RGB摄像头 小米 CyberOne RGB相机iToF 达闼机器人 CloudGinger20 激光雷达 3D深度相机TOF相机 RGB单目摄像头 腾讯RoboticsX 小五 激光雷达 3D视觉传感器 普渡机器人 PUDUD7 激光雷达 RGBD相机全景相机 特斯拉 OptimusGen2 2D摄像头鱼眼摄像头 机器人听觉：主要基于麦克风阵列。机器人听力系统，最基本的两个方面，一是自动语音识别，二是声源定位（本质是从所获得的信号中提取目标的位置信息）。对于声源定位，传感器阵列主要是麦克风阵列。MEMS麦克风正逐步成为主流的技术方案。 麦克风阵列：相较于单一传