电力设备行业人形机器人零部件系列（一）：为什么强调力控？-20231109-东北证券-32页_1mb

报告摘要

电力设备行业深度报告：人形机器人零部件系列（一）——力控与力传感器分析

核心内容

本报告聚焦于人形机器人中力控技术的重要性及其对力传感器的需求，分析了力控技术在机器人运动控制中的作用、力传感器的类型与性能，以及力传感器的产业链和技术壁垒。

主要观点

力控的重要性：
- 位置和速度控制是“硬约束”，而转矩控制是“软约束”或“柔性控制”，能根据场景需求动态调整作用力。
- 随着机器人应用场景的多样化，转矩控制的重要性日益凸显。
- 六维力矩传感器因其高精度、结构紧凑和响应迅速等特点，成为机器人中不可或缺的部件。
力传感器的类型与性能：
- 应变片式传感器和电磁式传感器是两种主流的力传感器，各有优缺点。
- 应变片式传感器具有高精度、宽量程和快速响应等优点，但存在温漂和零漂问题。
- 电磁式传感器具有无温漂、零漂等问题，但其在刚度和分辨率方面存在局限性。
- 电流环作为另一种力反馈方式，适用于低负载的机器人关节，但难以在高减速比场景中精确反馈力矩。
力传感器的性能指标：
- 灵敏度、精度、工作频带和测量范围是衡量力传感器性能的核心指标。
- 精度是最重要的指标，影响机器人对作用力的感知和反馈能力。
- 传感器的精度受维间耦合和无效负载的影响，其中维间耦合是主要技术难点。
力传感器的技术壁垒：
- 维间耦合：六维力传感器存在不可消除的耦合误差，需通过结构解耦和软件解耦进行处理。
  - 结构解耦从硬件优化入手，通过弹性体设计和制造工艺提升。
  - 软件解耦通过解耦算法降低耦合误差，如线性解耦和非线性解耦。
- 无效负载：主要包括重力和零点漂移，需通过算法补偿和硬件优化解决。

关键信息

市场空间：预计到2030年，人形机器人在工业场景的需求量将达到328.4万台，家庭&商用场景需求量达到43.5万台，整体市场规模接近400亿美元。
产业链分析：
- 应变片生产：以美国Vishay、德国HBM、日本NMB为代表，技术领先。
- 弹性体制造：国内厂商如中航电测在应变片和传感器制造方面已具备一定能力，但与国际水平仍有差距。
国内厂商：
- 中航电测：国内应变片生产的重要企业，具备自主研发能力，产品精度接近国际水平。
- 宇立、柯力：正在积极布局六维力传感器领域，具备发展潜力。
国外厂商：
- ATI、OnRobot：在六维力传感器领域深耕多年，具备大量程、高精度、高准度等优势。
- HBM：全球领先的应变片制造商，产品种类丰富，技术成熟。
- Vishay：全球最大的应变片制造商之一，产品广泛应用于工业和科研领域。
- NMB：日本应变片生产商，产品参数精确，市场占有率高。