灵巧手智能化基石传感器 乘人形机械人大年夜风丨黄金眼

机动手热度不断提升2023年12月，特斯拉公开GEN2视频，超预期展示了机器人搭配全新的双手配置，动作更为灵敏，能够灵巧抓握鸡蛋。
机器人抓取3cm旁边的圆形物体须要手部搭配压力传感器，更高实行精度乃至需配置微型的轴距齿轮或谐波减速器，以识别物体的硬度，并做出合理力度的抓握动作。

特斯拉展示的GEN2展示了精良的抓握动作

资料来源：特斯拉官方推特

2023年1月16日，马斯克在社交媒体平台上发布特斯拉人形机器人二代GEN2的最新视频，仅过去一个月，视频中机器人已经在进行叠衣服的活动，机动手折衣服（衬衫材料优柔，哀求更高的识别能力和掌握能力）展示出精良的力控能力和传感器精度。

至此，机器人机动手的热度一升再升。

机器人机动手作为一种新型的末端实行器，在机器人与环境的交互中起着关键浸染。
自20世纪70年代起，国内外对机动手展开了大量研究，从三指到五指，从工业到生活，从大略的抓取到机动操作，以期办理繁芜的实际作业问题。

早期机动手多采取腱驱动系统与电机驱动，以日本“电子技能实验室”的Okada机动手、美国斯坦福大学的Stanford/JPL机动手、美国麻省理工学院和犹他大学联合研制的Utah/MIT机动手作为该领域研究初始阶段的范例代表，为后续仿人型多指机动手研究建立了理论根本。

20世纪末，随着嵌入式硬件的发展，多指机动手的研究向着高系统集成度和丰富的感知能力提升的方向发展，进入了快速发展阶段。
如德国宇航中央先后研制的DLR-Ⅰ和DLR-Ⅱ机动手，共集成了25个传感器，包括类似人工皮肤的触觉传感器、枢纽关头扭矩传感器、位置传感器和温度传感器等，使机动手在灵巧性和感知能力方面都有显著提升。

多指机动高系统集成的机动手具有灵巧性和功能性的上风，但是繁芜的系统导致了高额的制造本钱并且降落了系统的可靠性和易掩护性。
因此近10年，多指机动手设计的一个主要方向是简化系统与提高稳定性。
手的研究向着高系统集成度和丰富的感知能力提升的方向发展，进入了快速发展阶段。

机动手发展进程

资料来源：吕博瀚《空间机器人多自由度机动手关键技能研究》、蔡世波《机器人多指机动手的研究现状、趋势与寻衅》

近年来，外洋具有代表性的机动手厂商包括SCHUNK、Shadow Robot、qb Robotics、Clone Robotics等；海内包括蓝胖子机器智能（dorabot）、因机遇器人、腾讯RoboticsX实验室等也陆续公布机动手领域的干系产品和研究成果。

要知道的是，机动手作为人形机器人与外界交互的主要媒介，是机器人功能性的直接表示。
这一方面决定了其在人形机器人体系中的主要地位，另一方面预示着五指机动手与人形机器人功能对应，在硬件层面可选的方案数量将大于其他部位；

同时，五指机动手可以不寄托于人形机器人而单独存在，如机器臂、远程操作手套、假肢等，这决定了五指机动手的远期市场容量的进一步扩大；再加上五指机动手作为一个功能单元，相较人形机器人其他部位，其自身零部件数量更多，硬件构造更为繁芜，须要凑集整手的运动掌握、末端传感、人机交互等，终极可能造成五指机动手环节的竞争更加多层次，也随意马虎蜕变成为单独环节，因此极具投资代价。

根据因机遇器人网上报价，单只机动手价格约为5万元，如果未来人形机器人销量到达百万台，对应机动手市场规模将达到1000亿元。
此外，未来人形机器人可能会运用到各种场景，对应的机动手配置各不相同，机构估量单价也会有较大的差别，市场潜力很大。

智能化根本传感器迎来机遇传感器是人形机器人感知系统的核心部件，是机动手智能化的根本。
人形机器人传感器检测工具不同分为内部传感器和外部传感器。
内部传感器：用来感知机器人的自身状态的传感器，比如位置、速率、加速度。
外部传感器：用以感想熏染机器人周围环境、目标物的状态信息的传感器，比如视觉、触觉、听觉、嗅觉、温度、力觉等。

数据来源：传感器专家网

人形机器人须要用到多种传感器，包括力矩传感器，拉压力传感器、编码器、温度传感器、六维力传感器和惯导传感器等。
个中，惯导传感器（IMU）是实现人形机器人姿态掌握的核心，六维力传感器是力控、摆动稳定掌握的核心，可精准丈量随机变革的力。

资料来源：Ziwei Xia《Dexhand a Space qualified multi-fingered robotic hand》

特斯拉OptimusGEN2人形机器人采取11自由度机动手和手指触觉传感器，相应更快，要实现捏鸡蛋的操作须要用到多种传感器的技能支撑，包括压力感知、触力感知和柔性微压力感知等。

个中六维力/力矩传感器运用于人形机器人的手腕处和脚腕处，又以六维联合加载设备是高精度六维力传感器研发和生产的必要条件。
柔性触觉传感器/电子皮肤能够实现与环境打仗力、温度、湿度、震撼、材质、软硬等特性的检测，是机器人直接感知环境浸染的主要传感器。

MEMS压力传感用具有易于批量生产、小型化、本钱效益以及易于制造繁芜构造的能力等上风，例如Superior Sensor Technology的MEMS压力传感器集成了包括前辈的数字滤波、闭环掌握和基于软件的压力开关等前辈的功能，可供应精确的运动掌握和灵巧的物体操纵能力所需的基本内部扭矩和力的反馈。

市场空间有多大？首先是六维力/力矩传感器，GGII数据显示，2022年中国市场六维力/力矩传感器销量8360套，同比增长57.97%，个中机器人行业销量4840套，同比增长62.58%。

GGII估量，到2027年中国市场六维力/力矩传感器销量有望打破84000套，2023-2027年复合增长率超过60%，个中机器人行业销量有望打破42000套；2022年中国六维力/力矩传感器市场规模2.39亿元，同比增长52.04%，个中机器人行业六维力/力传感器市场规模1.56亿元，同比增长54.35%。
2027年中国六维力/力矩传感器市场规模将超过15亿元，按照2022年机器人行业占比推算，估量2027年中国机器人行业六维力/力传感器市场规模将达到9.79亿元。

目前，六维力和力矩传感器市场基数依然偏小，尚未形成明显规模效应。
随着入局者的持续增加，叠加下贱细分市场认知的逐年提升以及运用领域的拓展，六维力/力矩传感器的增长空间仍在拓宽，期间将伴随多技能路线产品矩阵的完善、产品价格的低落以及国产化率的提升。

触觉传感器是实现机器人智能感知和人机交互的核心器件。
触觉传感器将触觉刺激转换为电旗子暗记送入机器人掌握器，为机器人感知外界环境供应丰富的信息，如物体尺寸、形状、纹理、刚度、温度等特性，还能供应与他人的力触觉交互。

柔性触觉传感器又称为“电子皮肤”，能够实现与环境打仗力、温度、湿度、震撼、材质、软硬等特性的检测，是机器人直接感知环境浸染的主要传感器。
柔性触觉传感器的特点有：像人皮肤一样具有柔韧性；在担保丈量准确度和灵敏度的同时，能够实现任意波折变形、有弹性；能够覆盖在非规则、非平面的机器人本体表面，可扩展，分辨率高。

资料来源：《面向智能感知的电子皮肤系统的设计及其关键特性研究》魏潇

柔性触觉传感器市场规模正在快速增长，当前以消费电子和医疗领域为主。

根据智研咨询的数据，中国柔性传感器行业市场规模增长速率较快，2022年中国柔性传感器行业市场规模为21.12亿元，2017-2022年的CAGR为20.2%。
在2022年中国柔性传感器家当链下贱占比中，医药领域占比为40.05%，消费电子领域占比为36.22%，其他运用领域占比为23.73%。

随着科技的不断进步和运用领域的拓展，柔性传感器在消费电子、医疗保健、汽车、工业自动化等领域的广泛运用使环球柔性传感器行业市场规模也呈现逐年上涨态势，2022年环球柔性传感器市场规模为19.31亿美元，需求量为2.43万个，均价为7.95美元/个。

MEMS传感器已逐渐成为时期新的风口。
随着机器人家当智能化的发展，MEMS传感器适应更加多元的运用处景，具备更繁芜的动作旗子暗记采集与掌握，极致状况下乃至可以使机器手臂配上有触觉感知的夹爪达到媲美人手的灵巧程度。

随着机器人的智能化程度不断提高，个中加载的MEMS传感器将变得越来越多，据中国电子报数据，由于机器人的智能化程度不同，传感器等感知部分约占机器人总本钱的10%到20%，机器人领域有望继消费电子、汽车之后，成为MEMS传感器的新兴的紧张运用市场。

据Mordor Intelligence数据，MEMS压力传感器市场规模估计在2023年为23.6亿美元，估量到2028年将达到31.9亿美元，在预测期间（2023-2028年）以6.20%的复合年增长率增长。

干系企业有哪些？汉威科技是海内气体传感器龙头，产品包括传感器、智能仪表、聪慧安全系统办理方案、聪慧环保系统办理方案、聪慧城市系统办理方案、公用奇迹。
其子公司苏州能斯达在拓展柔性微纳传感器的运用处景，目前已建立了稳定的纳米敏感材料体系，节制了柔性压阻、柔性压电、柔性温湿度、柔性电容四大核心技能。

根据2023年中报，苏州能斯达订单金额不断增加，运用领域不断拓展，柔性微纳传感器目前已在智能机器人领域有明确的运用，并与小米科技、九号科技、深圳科易机器人等积极开展业务互助，后续发展空间广阔。
2022年3月，小米长江家当基金以1000万元对公司控股子公司苏州能斯达进行增资，增资后将持有苏州能斯达5.21%的股权。

弘信电子子公司瑞浒科技深耕压力传感器领域，在标准电键传感器、多键标准传感器、压力按键定制模块以及家电、手机、电子烟、无线耳机和电动牙刷等多领域取得了不错成绩。
瑞浒科技目前在柔性压力传感器、压力感应按键、应变薄膜等领域，已形成一定积累，产品开始家当化落地，未来也会开展其它品类的传感器和传感器干系芯片的研发。

柯力传感是海内应变式传感器龙头，公司主营业务为研制、生产和发卖应变式传感器（个中紧张为应变式称重传感器）、仪表等元器件，目前是环球大型钢制传感器制造企业和工业物联网运用拓展引领者之一。

公司开拓了三维力、六维力等多维力传感器可用于机器手臂运动与事情载荷监测、曲面研磨抛光、加工中央精雕加工、医疗设备精密测控等，目前多维力系列产品处于小批量试制阶段。
公司市占率多年高踞海内力学传感器行业榜首，随着人形机器人家当逐渐成熟，六维传感器在机器人场景的运用有望成为公司新的增长点。

苏试试验产品基于石墨烯的柔性应力振动传感器与人形机器人所需的触觉传感器技能同源，可直接将产品技能迁移至触觉传感器领域，且公司在传感器、检测等领域有深厚的积累和家当化履历，有望受益于人形机器人的发展。

敏芯股份是我国MEMS传感器百口当链发展的企业，公司以芯片设计起身，目前紧张产品线包括MEMS声学传感器、MEMS压力传感器和MEMS惯性传感器，是中国少有的拥有百口当链研发与全供应链体系国产化的MEMS企业，并节制各环节的核心技能工艺，个中以MEMS声学传感器为主营产品。
公司客户包括华为、传音、小米、三星、OPPO、遐想、索尼、九安医疗、乐心医疗等。

东华测试是海内构造力学测试仪器龙头企业，公司在持续推进传感器的研发，产品布局包括加速度传感器、速率传感器、位移传感器、应变传感器、转速传感器、压力传感器、各种缓变量传感器等，公司全资子公司江苏东华校准覆盖了东华测试全部仪器及传感器产品，并为客户供应第三方计量校准及检测做事。

奥迪威是海内超声波传感器龙头企业，紧张产品包括传感器和实行器，且具备传感器芯片等核心部件的研发能力。
公司积极布局汽车自动驾驶、机器人、智能触控等领域，压触传感器正与华硕、VIVO、小米等消费电子头部厂商互助。

福莱新材是海内功能性涂布复合股料领军者，全资子公司欧仁新材料积极布局电子皮肤领域。
浙江欧仁新材料技能总监杨晓明此前在电子皮肤（柔性传感器）有浩瀚专利布局，如基于柔性压敏元件的拉伸传感器、一种柔性温度传感器及其制备方法、一种基于改性纸基的高灵敏度柔性压力传感器及其制备方法。
不仅目前公司电子皮肤有技能积累和专人团队，后续重心也在针对运用端进行开拓定制化产品。

芯动联科是MEMS惯性传感器龙头，公司紧张产品为高性能MEMS惯性传感器，包括MEMS陀螺仪和MEMS加速度计，紧张运用于高端工业、高可靠领域和无人系统等领域，包括无人驾驶与无人机，涵盖5G通信、工业4.0、商业航天、自动驾驶、石油勘探、船舶等。

公司是我国较早涉足高性能MEMS惯性传感器研发的半导体公司，拥有多年在MEMS领域的设计与工艺开拓履历，目前已经节制高性能MEMS惯性传感器的核心技能，高性能MEMS陀螺仪的核心性能指标已达到国际前辈水平，是目前我国为数不多可稳定量产高性能MEMS惯性传感器的企业。
高华科技是高可靠传感器标杆龙头，紧张从本家儿营业务为高可靠性传感器及传感器网络系统的生产及发卖业务，紧张产品为各种压力、加速度、温湿度、位移等传感器。
公司MEMS技能逐步渗透压力传感器家当链全流程，并已经具备芯片自主设计能力。

本文源自全景网