机器人系列报告八：力传感器专题：智能时代感知系统核心元件.pdf

力传感器是现代智能系统，尤其是机器人技术中不可或缺的关键元件，它们能够将物理力或力矩的大小转换为可被电子设备处理的电信号。在本报告中，我们将深入探讨力传感器的工作原理、分类、市场发展以及高技术壁垒的六维力传感器在人形机器人等新兴领域的应用。 力传感器按照工作原理可以分为应变式、压电式、电容式、光学式等多种类型，其中应变式力传感器由于其结构简单、成本相对较低而广泛应用。在维数上，力传感器有单维到六维之分，其中一维、三维和六维力传感器最为常见。输出方式则分为模拟和数字两种，分别适用于不同的信号处理系统。此外，力传感器还可以根据测量对象的不同，如压力、重量、扭矩等进行细分。 中国力传感器市场在2022年的规模约为671亿元人民币，预计2022年至2025年的复合年增长率（CAGR）将达到19.07%。在整个传感器市场中，力传感器占据约19%的份额。市场增长的动力来源于汽车电子、通信电子、消费电子、专用设备等多个领域，同时也受益于物联网和人形机器人等新兴领域的快速发展。 六维力传感器，因其能同时测量六个自由度的力和力矩，具有极高的技术壁垒。其核心技术包括结构解耦、算法解耦和六维联合加载设备。结构解耦旨在通过优化传感器结构来减少不同维度间的相互影响；算法解耦则是建立精确的数学模型，确保电信号与力、力矩之间的准确对应；六维联合加载设备用于标定和检测，以提高传感器的测量精度，对于达到0.5%甚至更高的精度水平至关重要。 在人形机器人领域，六维力传感器的应用前景广阔。特斯拉的Optimus人形机器人就是一个典型例子，其手腕和脚腕可能搭载这种传感器，以实现更精细的力控操作。目前，六维力传感器的单价约为2万元，如果在人形机器人上广泛应用，市场规模有望达到数十亿级别。然而，为了降低成本并满足大规模生产的需求，六维力传感器正借助微电子机械系统（MEMS）等先进技术，努力实现成本快速下降和性能提升。 力传感器作为智能感知系统的核心元件，其技术进步和市场发展对机器人行业，尤其是人形机器人，具有深远影响。随着技术的不断创新和市场需求的增长，国产力传感器制造商面临着巨大的机遇，也需克服技术挑战，以实现更高精度和更低的成本，从而在竞争激烈的市场中脱颖而出。