六维力传感器是人形机器人感知层、控制层关键部件,重要性高、价值量大。传感器是人形机器人与外界交互的重要桥梁,人形机器人需搭载多种传感器(视觉、力觉、惯性、温度等),其中力传感器价值量大(头豹研究院测算其在机器人中价值量占比16%);力传感器按测量维度可分为一至六维,其中六维力可给出最全面力觉信息,在人形机器人上主要安装于手腕、脚踝等部位,助力机器人实现精准感知和柔顺控制。
六维力传感器性能指标包括串扰、精度、准度、灵敏度、分辨率、过载能力等;技术路线包括应变式、电容式、压电式、光电式等类型,其中应变式技术成熟,精度高、成本较低、应用较为广泛;结构拆解:应变式六维力传感器主要元件包括弹性体、应变片、底盘、基座、顶盖等,其中弹性体和应变片是核心;工作原理:基于弹性体形变,弹性体上粘贴的应变片发生形变导致电阻值变化,通过测量电路转为电压信号,算法解耦后得到六维力信息。
六维力传感器在结构设计、解耦能力、标定检测、工艺等方面具较高Knowhow,本质上是一项“系统工程”:1)设计:涉及多个关键点,如弹性体选择与优化、应变片设计与选择等,弹性体需平衡刚度与灵敏度,应变片种类较多且影响工艺路线选择;2)解耦:六维力需解决的核心问题,①结构解耦加工难度高、成本较高;②算法解耦需对解耦模型改进,Knowhow较深;3)标定与检测:六维力的标定和检测,需六维联合加载,工艺过程复杂,且设备需自研;4)工艺:核心部件弹性体和应变片工艺流程长、精细化要求高;金属应变片贴片仍需人工,一致性批量生产难度高;展望后续,硅应变片精度、灵敏度高,与玻璃微熔工艺结合可提高量产效率,有望成为未来批量出货的工艺演进方向。
人形机器人带来增量需求,国产玩家持续布局。六维力传感器高端市场以外资为主,近几年国内玩家逐步入局,产品性能不断迭代并缩小与外资品牌差距;成本层面,当下六维力传感器单价约1-2万元,随后续机器人出货量以及搭载率的提升带来的成本摊销,其单价有望逐步下探至千元左右级别;结合GGII测算2030年人形机器人领域六维力传感器市场规模将达138亿元。
竞争格局:国产替代进程加速。六维力传感器外资品牌先发优势明显,国内仍处产业早期,但已有国产替代趋势。全球六维力传感器厂商品牌主要分布在欧美、中国、日韩三大地区。根据QYResearch,目前六维力传感器行业高端市场以外资品牌ATIIndustrialAutomation、Epson等为主,但外资品牌近几年市占率持续下降。近年来,国产入局者逐渐增加,但受限于该领域的高技术壁垒,真正具备批量化产品供应能力的厂商依然偏少。国内厂商包括坤维科技、鑫精诚、宇立仪器、柯力传感等。据智研咨询,2023年国内六维力传感器67.9%市场份额由外资品牌占据,相比2020年国产替代趋势明显(增长13pct)。国产产品性能不断提升,2023年国产六维力传感器品牌市场份额32.1%,本土企业宇立仪器市场份额仅次于ATI,排名第二,占比12.2%,其在工业机器人磨抛行业和汽车碰撞测试行业应用较多;蓝点触控、坤维科技也具备较强竞争力,分别占比4.8%、4.7%;尽管国产品牌与外资产品在精准度方面已基本对齐,但在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等指标上仍有提升空间。
市场规模:人形机器人打开增量空间。六维力传感器应用领域广泛,未来人形机器人将为六维力传感器带来广大应用空间。当前主要应用于汽车行业的碰撞测试、轮毂测试和零部件测试等,以及航空航天、生物力学、医疗康复、科研实验、机器人与自动化等领域。人形机器人对精准力控要求高,未来预计能够为六维力传感器带来庞大增量需求。根据QYResearch,2024年全球六维力传感器销量近6万套,其中国内销量约1.7万套。目前六维力传感器市场基数仍较小,规模效应不明显,价格依然较高,据GGII,现阶段的六维力传感器价格基本在1~2万之间;2025年预计为人形机器人量产元年,随后续机器人出货量以及搭载率的提升带来的成本摊销,六维力传感器单价有望逐步下探有望下探至1000-2000元);结合GGII测算2030年人形机器人领域六维力传感器市场规模将达138.4亿元。
投资建议:关注人形机器人进展带来的投资机遇。看好在技术升级迭代下人形机器人发展,看好机器人量产后带来的潜在供应链零部件的需求和投资机会,推荐在六维力传感器等领域有持续布局的公司凌云股份、中鼎股份等。