人形机器人系列专题之六维力传感器：高价值和高壁垒的力控核心部件，国产供应商持续发力_54页_4mb

人形机器人系列专题之六维力传感器总结

核心内容概述

六维力传感器是人形机器人感知层与控制层的关键部件，用于测量空间坐标系中的3方向力（Fx、Fy、Fz）和3方向力矩（Mx、My、Mz），提供最全面的力觉信息。其在人形机器人中主要安装于手腕、脚踝等部位，对实现精准感知和柔顺控制具有重要作用。

六维力传感器具有高价值和高技术壁垒，是力控技术的核心组件。其性能指标包括串扰、精度、准度、灵敏度、分辨率、过载能力等。目前应变式六维力传感器是主流技术路线，具有精度高、成本较低、应用广泛等优势，但存在温度漂移等问题，需通过补偿应变片、算法优化等手段解决。

六维力传感器制造涉及结构设计、解耦算法、标定检测和加工工艺等多维度的Knowhow，技术难度高，且需结合多个环节的精密控制。国内企业正在逐步突破技术壁垒，推动国产替代进程，未来有望在成本和性能上进一步提升。

主要观点

• 六维力传感器重要性高：六维力传感器是人形机器人实现精准力控的关键，其在机器人中价值量占比约16%，在高端市场由外资主导。
• 技术壁垒高：六维力传感器的结构设计、解耦、标定与检测、加工工艺等环节均存在高技术门槛，是一个系统工程。
• 国产替代加速：国内企业如凌云股份、中鼎股份、华培动力等正在加大投入，逐步缩小与外资品牌之间的差距。
• 成本有望下降：当前六维力传感器单价约1-2万元，随着机器人出货量和搭载率的提升，未来成本有望下降至1000-2000元。
• 市场规模广阔：GGII预测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。

关键信息

六维力传感器性能指标

• 串扰：衡量各测量方向间的耦合影响，优秀产品在1% FS左右，2~5% FS较常见。
• 精度：衡量测量结果的重复性，主要受结构设计、加工精度、解耦算法等因素影响。
• 准度：衡量测量结果与理论真值的偏离程度，涵盖滞后、线性、蠕变等误差。
• 满量程：传感器能有效测量的最大力或力矩。
• 灵敏度：输出信号变化与输入信号变化的比值。
• 迟滞：正反行程输出不一致程度。
• 分辨率：传感器能分辨的最小信号。

六维力传感器技术路线

• 应变式：技术成熟，精度高，应用广泛，主要采用金属应变片或硅应变片。
• 电容式：动态范围广，灵敏度高，结构简单，但易受环境因素影响。
• 压电式：适合动态测量，结构简单，可靠性高，但不适合静态测量。
• 光电式：高分辨率，精度与灵敏度高，抗电磁干扰能力强，但对光照环境要求高。

六维力传感器结构设计

• 弹性体设计是关键，需平衡刚度与灵敏度。
• 主流结构为十字梁型，但存在抗过载能力差、动态特性难提升等缺点。
• 金属应变片贴片依赖人工，硅应变片可通过玻璃微熔工艺实现自动化生产。

解耦技术

• 结构解耦：通过设计优化，减少各维度间的耦合影响，但加工难度高、成本高。
• 算法解耦：采用线性或非线性算法处理耦合信号，其中非线性解耦效果更好，但计算复杂、数据需求大。

标定与检测

• 六维力传感器需进行六维联合加载标定，样本空间复杂度高，需大量数据支持。
• 标定设备需自研，涉及多项综合技术，如空间光学定位、载荷位移补偿等。
• 检测需采用不同样本点，确保评估的全面性和准确性。

生产工艺

• 应变式六维力传感器制造流程包括弹性体加工、贴片、固化、老化、组桥、封胶、焊线、重测等。
• 金属应变片贴片依赖人工，硅应变片可通过玻璃微熔工艺实现自动化生产，提升一致性与批量能力。

国内厂商进展

• 凌云股份：投资评级为“优于大市”，2024年EPS为0.70元，2025年预计为0.88元，PE为25倍。
• 中鼎股份：投资评级为“优于大市”，2024年EPS为0.95元，2025年预计为1.15元，PE为20倍。
• 华培动力：未被评级，2024年EPS为0.19元，2025年预计为0.29元，PE为128倍。

风险提示

• 行业进展和技术迭代不及预期。
• 供应商订单不确定性。

投资建议

关注人形机器人发展带来的投资机遇，看好六维力传感器等关键零部件的供应链需求。推荐凌云股份、中鼎股份等在六维力传感器领域持续布局的公司。