机器人行业研究：为什么智能机器人需要力控？-20230709-国金证券-23页_1mb

机械组：智能机器人与力控技术分析

核心内容

随着人形机器人技术的发展，力控成为实现机器人与外界交互柔顺性的关键。力控技术主要包括被动柔顺控制和主动柔顺控制，其中主动柔顺控制因精度高、交互效果好，被认为是未来人形机器人发展的主流方向。

主要观点

• 力控的重要性：力控是实现机器人柔顺控制的前提，尤其在需要与环境进行物理交互的任务中，如打磨、行走等，力控能够确保机器人在复杂环境下的稳定性和安全性。
• 柔顺控制的类型：柔顺控制分为被动柔顺控制（机械弹性结构）和主动柔顺控制（软件算法控制）。主动柔顺控制又包括直接力控、间接力控（如导纳控制和阻抗控制）和混合位置/力控。
• 力传感器的类型与应用：力传感器主要包括一维、三维和六维力矩传感器，其中六维力矩传感器因其高精度和复杂环境适应能力，在人形机器人末端执行器（手部、脚部）中应用广泛。
• 多维力矩传感器的技术壁垒：六维力矩传感器对应变片性能要求高、安装工艺复杂、研发难度大，且成本较高，主要依赖进口应变片和人工安装。

关键信息

• 力控技术的分类：

  • 被动柔顺控制：通过机械弹性结构实现力控，适用于对精度要求较低的场景。
  • 主动柔顺控制：通过算法实现力控，分为导纳控制、阻抗控制和混合位置/力控。
    • 导纳控制：用于拖动示教，通过虚拟刚度、阻尼等参数建立动态关系。
    • 阻抗控制：通过等效阻抗系统，实现根据外界力调节姿态，广泛应用于仿生机器人。
    • 混合位置/力控：结合位置和力反馈，用于打磨等任务。

• 力传感器的种类：

  • 一维力传感器：用于单一方向的力测量，如称重传感器。
  • 三维力传感器：测量三个方向的力，适用于机器人手腕等部位。
  • 六维力矩传感器：测量力和力矩六个方向，适用于人形机器人手部和脚部等复杂交互部位。

• 力传感器的成本结构：

  • 应变片成本：六维力矩传感器需30-40个应变片，单个应变片成本约100-200元。
  • 人工加工成本：六维力矩传感器组装需人工操作，成本占比高。

• 力传感器的市场格局：

  • 海外龙头：ATI是六维力矩传感器的全球龙头，2022年收入达8820万美元。
  • 国内厂商：如柯力传感、汉威科技、瀚川智能、中航电测等，部分指标已接近或对标海外产品，但尚未形成规模化收入。

投资建议

• 柯力传感：应变式传感器龙头，市占率约30%，产品包括扭矩传感器，盈利能力突出。
• 汉威科技：控股苏州能斯达，拓展柔性微纳传感器，产品应用广泛。
• 瀚川智能：入股坤维科技，补强力传感器能力，未来有望受益于人形机器人发展。
• 中航电测：军用智能测控龙头，产品包括应变片、压力传感器和扭矩传感器，正在拓展机器人领域。

风险提示

• 人形机器人商业化落地不及预期
• 国内力矩传感器进展不及预期
• 力控模式发生重大技术改变
• 国内应变片技术进展不及预期
• 国产力矩传感器规模化后降价不及预期

总结

主动柔顺控制是未来人形机器人实现柔顺交互的关键技术，六维力矩传感器作为核心部件，具有高精度和复杂环境适应能力。尽管六维力矩传感器技术壁垒高、成本高昂，但随着人形机器人需求的增长，其市场空间广阔，国内厂商如柯力传感、汉威科技、瀚川智能、中航电测等有望受益。投资建议重点关注这些企业，同时需警惕技术、市场及政策相关风险。