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1、本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 1 人形機器人零部件專題報告 力傳感器機器人高精度力控方案核心部件 2023 年 08 月 06 日 力傳感器是機器人感知環境，提供反饋信息，從事精細化作業，人機交互，真正“擬人化”的關鍵。多維力傳感器技術壁壘高，是機械設計、算法、計量、電子融合的交叉學科，要實現高精度的數據采集和多軸同步校準。多維傳感器通常安裝于機器人末端執行器和機械臂之間，用于檢測機器人與環境之間的多維交互力/力矩，是機械臂實現力控制的關鍵部件。六軸力/六維力傳感器是精度最高、抗干擾能力最強的傳感器類型，該工具可以沿 6 個軸（3 個平移+3 個旋轉

2、）進行控制，可應用于醫療（涉及人機交互的手術機器人、康復機器人和智能假肢等）、汽車（被動安全測試碰撞假人、零部件耐久測試、主動安全測試）、人形機器人、工業機器人領域。六維力傳感器價值量高，國內廠商六維力傳感器相比于海外更具性價比，部分廠商產品已經進入頭部客戶供應鏈。國外廠商例如美國 ATI、德國 HBM 等公司力傳感器產品價格較高，美國 ATI 型號為 MINI45 六維力/力矩傳感器價格約7.5 萬元/套，國內海伯森等廠家六維力傳感器的價格具備一定的價格優勢。國內廠商部分技術指標已達海外領先水平，例如宇立的產品已經進入 KUKA、ABB 等龍頭客戶供應鏈。根據智研瞻產業研究院，2022 年我

3、國應變式傳感器市場規模為 30.57 億元，較上年同比增長 15.8%。六維力傳感器在整體市場占比依然較小，主要應用于協作機器人領域，但潛力巨大，市場高速增長，根據高工機器人產業研究所（GGII）數據顯示，2022 年中國市場六維力/力矩傳感器銷量 4840套，同比增長 62.58%。GGII 預計，2023 年中國市場六維力/力矩傳感器銷量有望突破 6700 套，同比增速 40%左右。多維力傳感器應變片依賴于進口，成本較高，應變片國產化和自動化產線是降本兩大方向。當前六維力傳感器的加工依然以小批量、人工貼片焊接為主，自動化水平較低。力傳感器的核心部件是彈性體和應變片，彈性體機加工成本和應變片

4、在六維力傳感器成本中占比較高。目前六維力傳感器使用的應變片依賴于進口，且價格顯著高于國內應變片，主要系進口應變片的靈敏度、使用壽命優于國內應變片，而六維力傳感器根據設計結構的不同可能需要 20 個以上的應變片，使得六維力傳感器的成本較高，因此，應變片單價下降（國產化方案或者量采降價）是六維傳感器降本的潛在路徑之一。重點關注：柯力傳感（國內應變式傳感器龍頭，在傳統稱重系統集成市場中具備優勢，多維力傳感器在研，量產經驗豐富）；中航電測（國內應變片龍頭，稱重傳感器領域龍頭之一）；漢宇集團（投資同川科技及海伯森，海伯森是國內具備六維力傳感器生產能力的公司之一）；瀚川智能（投資參股坤維科技）。風險提示：

5、成本下降不及預期的風險；技術無法突破的風險。重點公司盈利預測、估值與評級 代碼 簡稱 股價（元）EPS（元）PE（倍）2022A 2023E 2024E 2022A 2023E 2024E 603662.SH 柯力傳感 28.39 0.92 1.22 1.50 31 23 19 300114.SZ 中航電測 49.23 0.33 0.50 0.63 86 57 45 300403.SZ 漢宇集團 8.17 0.34 0.40 0.44 84 71 65 688022.SH 瀚川智能 33.34 0.68 1.39 2.09 42 20 14 資料來源：Wind，民生證券研究院;（注：股價為 2

6、023 年 8 月 4 日收盤價；表中個股為未覆蓋標的，盈利預測采用 wind 一致預期）推薦 維持評級 分析師 李哲 執業證書：S0100521110006 電話：13681805643 郵箱：lizhe_ 分析師 羅松 執業證書：S0100521110010 電話：18502129343 郵箱： 相關研究 1.一周解一惑系列：礦山機械需求強勁，國內廠商積極拓展海外市場-2023/07/31 2.一周解一惑系列：蘋果榮耀入局 3D 打印，有望啟動產業新引擎-2023/07/23 3.一周解一惑系列：人形機器人視覺與 IMU 傳感器的再討論-2023/07/16 4.一周解一惑系列：核電閥門需

7、求空間幾何？-2023/07/09 5.一周解一惑系列：半導體封裝測試設備及市場空間梳理-2023/07/02 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 2 目錄 1 多維力傳感器設計涉及多學科交叉，技術壁壘高.3 1.1 力傳感器可分為一維傳感器和多維傳感器.3 1.2 彈性體和應變片是力傳感器的核心零部件.7 1.3 多維力傳感器的技術壁壘更高，高精度、抗干擾能力強.12 2 力傳感器市場空間巨大，新興應用開拓市場.19 2.1 力傳感器需求不斷增長，以稱重傳感器需求為主.19 2.2 力傳感器相比于電流環傳感方案精度更高.21 2.3

8、人形機器人等新技術有望帶來六維力傳感器需求提升.23 3 競爭格局：國內產品更具性價比，替代潛力巨大.27 3.1 多維力傳感器單價高，國內產品更具性價比.27 3.2 國內外主要力傳感器供應商.28 4 相關上市標的.31 4.1 柯力傳感：國內應變式力傳感器龍頭，多維傳感器在研.31 4.2 中航電測：國內應變片龍頭，自動化產線升級.31 4.3 漢宇集團：投資同川科技及海伯森，布局人形機器人.32 4.4 瀚川智能：投資坤維科技，完善傳感器布局.33 5 風險提示.34 插圖目錄.35 表格目錄.35 YYtU3XUUhZMB8OdN6MsQrRsQnOkPoOvNjMpPxO8OpPw

9、PMYtRyRwMtQrP行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 3 1 多維力傳感器設計涉及多學科交叉，技術壁壘高 1.1 力傳感器可分為一維傳感器和多維傳感器 1.1.1 傳感器的分類 根據感力原件的不同，傳感器主要分為三類：應變式力傳感器、光學式傳感器以及壓電式力傳感器。表1：不同類型六維力/力矩傳感器原理、特點及代表企業 傳感元件類型 原理及特點 代表企業 應變片式 通常采用的是硅應變片或金屬箔，本質是材料本身發生形變進而轉化為阻值變化 ATI、宇立儀器、坤維科技、鑫精誠傳感器、海伯森、神源生智能、Sintokogio、Bota S

10、ystems AG、SCHUNK、ME-Mesysteme GmbH、埃力智能 光學式 通過光纖、光柵反映形變，再轉化成力 OnRobot 壓電/電容式 電容是通過極距的變化導致電壓變化，壓電則是通過形變改變電荷。Robotiq、Robotous、WACOH-TECH、Kistler 資料來源：高工機器人產業研究所（GGII），民生證券研究院 應變式力傳感器，采用的是硅應變片或金屬箔，本質是材料本身發生形變進而轉化為阻值變化；光學式傳感器則是通過光柵反映形變，再轉化成力；壓電式傳感器是將被測物理量變化轉換成壓電材料因受機械力產生靜電電荷或電壓變化的傳感器，可分為電容和壓電兩種，電容是通過極距的

11、變化導致電壓變化，壓電則是通過形變改變電荷。圖1：傳感器分類 資料來源：電阻應變式力傳感器，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 4 經過穩定性、剛度、動態特性、成本與信噪比五個維度的比較可知，硅應變傳感器和金屬箔傳感器之間，硅應變片在穩定性、信噪比以及動態特性方面要更優，兩者剛度上相差不多，但成本上金屬箔要優于硅應變片；電容傳感器和壓電傳感器之間，電容傳感器成本最優，其他幾項弱于壓電傳感器；光學傳感器在動態特性方便明顯具有優勢。圖2：不同傳感器性能對比 資料來源：電阻應變式力傳感器，民生證券研究院 應變力傳感器：電阻應變

12、式傳感器的靈敏元件主要是應變片，他是一種用來測量物體應變的測試工具。大多數通用力傳感器內部都有應變片。應變片作為電導體牢固地附著在基片上。當基底被拉伸時，應變片將會變長。反之被壓縮時，應變片將會縮短。結果是導致應變片電阻產生變化。這就是應變測量原理，通過應變電阻產生變換來確定應變大小。為了生產力傳感器，除了應變片外還需要一個彈性體-例如采用不銹鋼等。應變片將牢固地黏貼在彈性體上，二者一起發生形變，因此應變片將產生和彈性體一樣的變形，這將導致電阻產生變化?；菟雇姌蜉敵鲂盘枌⑻峁┻@些變形信息。這樣就可以計算出作用在應變片上的力的大小。這就是力傳感器的工作原理。行業專題研究/機械 本公司具備證券投

13、資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 5 圖3：力傳感器工作原理示意圖 資料來源：HBK 官網，民生證券研究院 力傳感器是機械、電子、算法、計量融合的復雜交叉學科，技術壁壘較高。多維力傳感器能夠實現更精細的工作需求，在機械加工，如磨削，去毛刺，打磨和拋光中，讓機器人來完成這些工作曾經是非常復雜的，需要根據空間體積進行大量的編程，而且也需要花費大量時間來進行糾錯。但是集成了多維力覺傳感器后，利用傳感器的路徑記錄功能，操作員可以簡單地抓住臂端裝置并進行預期的移動。傳感器記錄操作員施加的力和方向，然后機器人就可以重復操作員的動作。這將極大地提高工作效率，同時將有助于保障操作工人的

14、安全。圖4：多維力傳感器的技術壁壘 資料來源：藍點觸控、民生證券研究院繪制 1.1.2 力傳感器的生產工藝 力傳感器的重要部件包含彈性體和應變片，彈性體制造質量直接影響到傳感器的測試性能指標，因此，彈性體的制造是力傳感器生產的重要環節。力傳感器的生產流程主要包含彈性體加工及后處理工藝。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 6 圖5：力傳感器生產流程示意圖 資料來源：柯力傳感招股說明書，民生證券研究院 彈性體設計與制造：指彈性體鋼杯的結構設計與機械加工，去應力熱處理。此環節將確定彈性體膜片基本參數，基本決定了濺射薄膜式壓力傳感器的輸入一輸出

15、關系。彈性體建模與計算過程非常重要，將在下一節重點闡述。研磨與拋光：對合格的彈性體鋼杯進行研磨、拋光，使表面達到光潔度要求，然后再作進一步的減薄處理。打磨、劃線：打掉彈性體上加工產生紋路及電鍍層，活化金屬表面，改善貼片區表面的微觀凸凹不平。劃線目的為對應變計的粘貼位置進行定位，作為貼片時的基準線。貼片：將敏感元件粘貼在彈性元件上，通過金屬機械變形改變阻值，獲得電信號的改變（RU）從而得到一個應變量。固化、老化：將貼片后的彈性體放入一定的溫度環境中，將貼片膠烘干，使應變計與彈性體緊密粘合。老化是通過人為升溫降溫來消除應變計、膠水的殘余應力，以達穩定的目的。組橋走線：連接敏感元件（應變計），組成惠

16、斯通電橋，將電信號有效地輸入輸出。零點補償、零點溫度補償：平衡橋臂電阻溫度系數，使其輸出滿足特定要求。焊線：通過導線連接，介入外部的輸入、輸出。初測：測出傳感器滿量程的靈敏度，并進行補償達到一個統一的標準值，以滿足多個產品互換靈敏度的一致性及便于組秤使用時角度調整。封膠、焊封：通過傳感器貼片孔、補償孔的密封，隔離外界，形成獨立的內部氣候環境。重測：檢測產品各項特性或指示是否符合或滿足國際的要求或企業的內部控制指標（非線性、重復誤差、滯后誤差、蠕變、靈敏度、零點等）。在應變式傳感器工作過程中，一般由彈性體首先把被測定的重量變換成易于轉換成電量的應變量，然后配合應變計及測量電路，把應變量轉換成電量

17、，即把輸 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 7 入的重量轉換成為輸出的電量，所以彈性體在稱重傳感器中起著重要的作用，其制造質量好壞直接影響到傳感器的測試性能指標。彈性體在加工中會產出各種加工應力，其加工應力的積蓄與大小會影響到傳感器的測試性能指標。因此在加工中應注意采用少應力加工工藝方法，盡量避免加工應力積蓄或減少加工應力。在貼片、組橋、補償、調試、封膠這幾個環節上要控制環境溫度、濕度、潔凈度和流程節拍?？煽啃?、穩定性是本產品最重要的性能，一個極小的缺陷就可能導致產品的失效，因此要對每一個環節加強檢驗，才能提供給用戶優質的產品。一般而

18、言，力傳感器廠商外購加工好的彈性體及應變片，因此，主要需要完成焊接加工這一環節的工藝，目前六維力傳感器等多維傳感器依然以人工顯微鏡下的手動貼片為主，低端的一維傳感器等，部分企業積極探索自動化生產。1.2 彈性體和應變片是力傳感器的核心零部件 應變片和彈性體是力傳感器的主要結構組成和成本組成部分。電阻應變片主要分為以下幾類，箔式電阻片是最主要的應變片：1)絲繞式：用電阻絲盤繞電阻片稱為絲繞式電阻片，目前廣泛使用的有半圓彎頭平繞式，這種電阻片多用紙底和紙蓋，價格低廉，適于實驗室廣泛使用，缺點是精度較差，橫向效應系數較大。2)短接式：這種電阻片的制作比較容易，在一排拉直的電阻絲之間，在預定的標距上用

19、較粗的導線相間地造成短路。短路接式電阻片的優點是幾何形狀比容易于保證而目橫向效應系數近于零。3)箔式電阻片 它是在合金箔(康銅箔或鎳鉻箔)的一面涂膠形成膠底，然后在箔面上用照相腐蝕成形法制成的，所以幾何形狀和尺寸非常精密，而且由于電阻絲部分是平而薄的矩形截面，所以粘貼牢固，絲的散熱性能好，橫向效應系數也較低。該類應變片的敏感柵是通過光刻、腐蝕等工藝制成。箔柵厚度一般在 0.003-0.01mm 之間。箔式應變片與絲式應變片比較其面積大，散熱性好，允許通過較大的電流。由于它的厚度薄，因此具有較好的可繞性，靈敏度系數較高。箔式應變片還可以根據需要制制成任意形狀，適合批量生產.應變片的核心性能指標是

20、靈敏系數和疲勞壽命，國內外生產的應變片主要技術差異體現于此。一般而言，國內的應變片價格，根據中航電測招股說明書披露的數據計算，大約在幾元左右，而海外進口應變片的價格可達百元以上。應變片的靈敏系數是指:當應變計粘貼在處于單向應力狀態的試件表面上，且其縱向(敏感柵縱線方向)與應力方向平行時，應變計的電阻變化率與試件表面貼片 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 8 處沿應力方向的應變(即沿應變計縱向的應變)的比值 應變片的疲勞壽命是指:在恒定幅值的交變應力作用下應變計連續工作，直至產生疲勞損壞時的循環次數。應變片的加工工序涉及到光刻及刻蝕工藝

21、，生產工序會影響成品最終的性能。（1）掩模板制作：利用高精度制版設備，制作所設計的應變計圖形掩膜版（底版）。掩模版制作質量的高低直接影響應變計生產的成品率和可靠性。（2）基底膠備：通過化學反應，將高分子化工原材料合成為應變計膠粘劑。（3）箔材熱處理：通過熱處理爐，使敏感柵材料的內部晶體結構重新組合，調整應變計敏感柵材料的合金成分配比以及金屬的冷軋率和電阻溫度系數，從而滿足應變計的性能要求，減小應變測量誤差。（4）基底成形：將基底膠粘劑涂覆在敏感柵材料上，通過熱固化使之成為應變計基底。圖6：中航電測應變片產品參數 資料來源：中航電測官網，民生證券研究院 圖7：應變片的加工工序 資料來源：中航電測

22、招股說明書，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 9 （5）光刻：利用光刻膠的感光特性，在金屬箔材表面上涂覆光刻膠，通過紫外線感光，將掩膜版的圖形轉移到光刻膠中，對光刻膠進行顯定影，形成所需要的應變計圖形。（6）蝕刻：用蝕刻液將轉印到金屬箔材上的應變計圖形刻出來。（7）半成品檢驗：對蝕刻后應變計敏感柵的質量狀況進行檢驗。（8）阻值調整：通過機械拋光和化學腐蝕的方式，按應變計標稱電阻的要求對應變計電阻進行調整。表2：各類應變片圖示 圖例 說明 變直片(如 LY4)帶有一個測量柵絲，測量一個方向的應變。T 型應變花(如 XY3

23、)帶有兩個測量柵絲，彼此呈 90 排列。此類應變片應用包括已知主應力方向的雙軸應力測量，以及拉壓雙向應力測量。V 型應變片(如.XY4)帶有兩個測量柵絲，彼此呈 90 排列。典型應用包括扭轉應變測量和剪切梁的剪切應力測試。雙橋應變片(例如 DY4)帶有兩個測量柵絲，彼此平行排列。典型的應用為彎曲梁測量。三柵應變花(例如 RY8)測量柵絲呈 0/45/90 或 0/60/120 排列。主要用于未知主方向雙軸應力測量和分析。鏈式片(如 KY8)帶有 10 或 15 個很小的測量柵絲，等距離分布，并包括一個補償片。主要應用為應變梯度測量。全橋片(如 VY4)帶有四個測量柵絲，彼此呈 90 排列。典型

24、應用包括拉壓雙向應力，扭轉應力和剪切梁的剪切應力測試。資料來源：HBM，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 10 應變片用專用粘合劑粘接到測量對象上。測量位置上發生的應變通過粘合劑和樹脂基轉移到應變傳感元件。為了準確測量，應變片和粘合劑應與測量材料和操作條件（如溫度等）兼容。應變引起的電阻變化非常小。因此，對于應變測量，形成惠斯通電橋以將電阻變化轉換為電壓變化。圖8：應變片原理及惠斯通橋電路圖 資料來源：HBM，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告

25、11 表3：日本 TML 應變片參數 類型 型號 基底尺寸 敏感柵尺寸 阻值()(mm)(mm)L W L W 單軸 FLA-2-350-C2/C4/C6/C8 2 2.9 6.8 4.6 350 QFLA-2-350-FLA-3-350-C2/C4/C6/C8 3 3.2 8.5 5 350 QFLA-3-350-FLA-3-1000-C2/C4/C6/C8 3 4.2 8.4 5.8 1000 QFLA-3-1000-扭 矩/剪切應變測量 FCT-2-350-C2/C4/C6/C8 2 1.5 7.6 5.3 350 QFCT-2-350-單軸雙柵 FLA-2-350-C2/C4/C6/C

26、8-2H 2 2.9 6.8 9.2 350 QFLA-2-350-FLA-3-350-C2/C4/C6/C8-2H 3 3.2 8.5 10 350 QFLA-3-350-0/90雙柵 X 軸 Y 軸 FCB-2 2 1.5 8.2 8 120 QFCB-2 FCB-3-350 3 3.2 10.5 9.1 350 QFCB-3-350 FCB-6-350 6 2 10 12 350 QFCB-6-350 FCB-2.8-350 2.8 2.8 12 8.5 350 QFCB-2.8-350 FCM-2.8-350 2.8 2.8 3 12 350 EFCM-2-350-11 2.8、1.9

27、 1.4、3.3 3 12 350 EFCMX-3-350-11 3 1.6 8 7.5 350 EFCMY-3-350-11 3 1.6 10 6.5 350 資料來源：歐美大地代理官網，民生證券研究院 此外，在傳感器的內部有一種元器件叫做彈性體，彈敏元件是傳感器的核心部分，要求彈性元件具有較高的彈性儲能般用彈性材料存儲變形功而不產生永久變形。一般優質的彈性體制作的傳感器會具有優良的機械加工、熱處理、抗壓強度等特性。由于受溫度影響較小等特點，適當選擇單性敏感原件和應變計是提高應變傳感器性能的重要途徑。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告

28、 12 1.3 多維力傳感器的技術壁壘更高，高精度、抗干擾能力強 力傳感器是將力的量值轉換為相關電信號的器件。根據所測力的維數不同，力傳感器可被分為單軸力傳感器和多軸力傳感器。從后端信號輸出的方式來看，可分為模擬量輸出的傳感器和數字量輸出的傳感器，數字量輸出的傳感器是在模擬傳感器輸出的信號基礎上增加放大器和后端算法進行進一步的優化。模擬傳感器工作原理：各系列稱重傳感器以貼有應變片的彈性體為敏感原件，在外接激勵電源后，輸出與外加負荷（力）成正比例的信號。如果外部載荷作用在傳感器上，測量體將產生變形，應變計的電阻也隨之改變。這樣，通過電阻的變化可測量出載荷大小。這不僅適用于扭矩傳感器，也適用于稱重

29、傳感器、力傳感器和其他類型的傳感器。然而，扭矩傳感器有一些特殊功能。一維力傳感器又稱為拉壓力傳感器，指測量單一維數方向上的力或力矩，同理多軸力傳感器就是可以檢測多個維數方向上的力或力矩。常見的一維力傳感器主要是稱重傳感器，可廣泛用于汽車衡、配料衡、包裝秤等各種電子衡器和自動稱重系統。此外，還可以選用不同形式的配套儀器，以滿足計量、檢測、調節及控制等其它應用要求。此外，用于機器人關節內部的扭矩傳感器區別于一般的扭矩傳感器，相當于一個簡化版的六維力傳感器，扭矩傳感器一般分成采用內外圈結構，內外圈相對受扭圖9：應變片貼合至彈性體工藝 資料來源：HBM，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證

30、券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 13 力時，傳感器發生彈性變形，傳感器內部的應變計電阻發生變化，進而轉換成電壓信號輸出。力傳感器的性能指標：1）串擾：當在傳感器其它方向的加載力（扭矩）至某個值（軸向力、徑向力、彎矩）時，扭矩傳感器的輸出除以扭矩滿量程的百分比。機器人傳感器抗擾能力最重要，如幾個維度之間的最大串擾是多少，國內廠商普遍能夠達到 1%2%，這一指標越小越好。2）模擬量輸/數字量輸出：能夠采用模擬量直接輸出表明六維力傳感器的機械設計水平高，不需要后續的算法對原始信號進行處理，當然也有方便客戶使用而增加數字量輸出的情況。3）過載能力：傳感器抵抗過載的能力。宇

31、立的產品一般是傳感器額定量程的1.5 倍至 3 倍。過載指標越大越好，安全過載一般能做到 150%200%，達到 200%以上說明技術水平較優。機器人高處摔下，傳感器為最主要承力部件。在安全過載量程之內，傳感器不會發生損壞，但零點會出現漂移，需重新標定。4）遲滯：在同一個負載下，加載和卸載時的信號輸出在相等加載點上的最大偏差除以滿量程的百分比，這一指標越小越好。5）零點：在“零狀態”時傳感器的輸出。零狀態由客戶定義，如可定義為傳感器水平放置時為零狀態，也可定義為傳感器豎直放置時為零狀態。6）精度：傳感器輸出值的準確程度，通常用非線性、遲滯和串擾指標衡量。多維力矩傳感器相比于單軸力矩傳感器技術壁

32、壘更高，因為多維力傳感器除了要解決對所測力分量敏感的單調性和一致性問題外，還要解決因結構加工和工圖10：扭矩傳感器示意圖 資料來源：宇立官網，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 14 藝誤差引起的維間（軸間）干擾問題、動靜態標定問題以及矢量運算中的解耦算法和電路實現等問題。六維力/力矩傳感器指的是一種能夠在笛卡爾坐標系中同時測量力和力矩并且可以各三個分量的轉換成為電信號的器件，用于精密裝配、運動醫療、智能制造等領域，能夠實現檢測、預防、測量、過程控制、示教、保護等功能。在工業自動化的趨勢下，越來越需要使用機器人機械手來執

33、行安裝、焊接、研磨、去毛刺、物體抓取/移動等工作。對操作靈活性和有效控制的需求使得必須檢測機器人機械手與其環境的相互作用力。測量的力信號不斷輸入機器人系統的控制單元，并由相關執行器采取必要的措施來優化性能。多維力傳感器能夠進一步提升機器人的靈敏度，從而提升執行任務的準確性，并且拓展更加精細的工作內容。圖11：六軸力傳感器與彈性直梁結構示意圖 資料來源：壓阻式大扭矩動態六軸力傳感器設計，趙友，民生證券研究院 六維力傳感器的工作原理：六維力傳感器的每一個力對應一個矢量，它們既有大小又有方向，它的標定都是假設傳感器系統是一個線性系統，即傳感器靜態數學模型滿足 F=CV。V 是它的 6 路原始輸出信息

34、(列信息，單位是 V)，F 是經過計算的 6 路力信息(列信息，力的單位是 KN，力矩的單位是 KNm)。利用施加在六維力傳感器上的廣義力矢量組 F 和通過數據采集上采樣得到的傳感器 6 個輸出信號矢量組 V 求出標定矩陣 C，傳感器的輸出信號是一個 6 路電壓信號組成的矢量。在不考慮傳感器的非線性因素影響下，只要給傳感器施加 6 個線性無關的力矢量，并測得對應 6 個力矢量的傳感器的輸出電壓信號矢量 V，就可以得到一個唯一解 C。六維傳感器的標定和檢測：標定是指，通過加載理論值的載荷并同時記錄傳感器輸出的對應原始信號的 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免

35、責聲明 證券研究報告 15 方式，獲得六維力傳感器內部算法的各個參數。也就是建立傳感器原始信號和受力之間的映射關系。辨識與標定方法可分為靜態標定與動態標定。靜態標定中，讓機器人運動到幾個姿態并停止，根據穩定時力矩傳感器的數值與最小二乘法來標定負載參數及傳感器自身參數。這種方式忽略了運動慣性的影響。檢測是指，通過加載已知理論真值的載荷并同時記錄傳感器測量結果的方式，統計、比較測量結果和理論真值的差異，獲得傳感器的精度和準度，也就是測試傳感器的準確性。簡單來說，標定是獲得傳感器固件參數，檢測是獲得傳感器的精準度。對于六維力傳感器而言，標定需要同時考慮六個維度，復雜度高，非線性效應顯著。在六維力傳感

36、器標定過程中，采用三個方向的力和三個方向的力矩同時加載的方式，就叫做六維聯合加載標定。標定解耦是六維力傳感器提高精度的主要方法，一維力傳感器，比如拉壓力傳感器，僅僅只需要 9 個樣本點來標定。同樣是每個維度取 9 個樣本點，六維力傳感器的樣本空間就包含 531441 個樣本點。使用這么多樣本點進行六維聯合加載標定會帶來三點優勢：1、交叉樣本點可以使傳感器的受力情況模擬更加接近于真實的使用情況。2、這樣標定便于考察傳感器在多維載荷同時作用下的非線性力學特性，可以有效改善傳感器結構的設計。3、這是基于傳感器的非線性力學特性做的標定，可以大幅優化解耦算法的數學模型。例如“串擾”這個指標，他能反應六維

37、力測量誤差水平，市場上比較常見的品牌標準值基本居于 25%FS，達到 1%FS 已然為優秀水準，而海伯森 HPS-CF025的軸間串擾可做到1%FS，可應用于精度要求高、量程要求低的場合，比如醫療領域的手術機器人或觸覺腹腔鏡儀器等。除此之外，海伯森六維力產品系列均通過圖12：一維力傳感器 VS 六維力傳感器 資料來源：坤維科技六維聯合加載標定及檢測（標定篇），民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 16 算法和結構的雙重優化實現了低溫漂、高精度和高靜態過載保護，在 2000Hz 測量頻率下遲滯僅為 0.1%FS，有效提升了機

38、器人作業的精度和穩定性，除了醫療輔助、運動力檢測和風洞測試等一些特殊的服務和應用，還可用于工業精密裝配、柔性打磨拋光等?？傊?，采用六維力聯合加載標定，才能使傳感器的準度更好、串擾更低。六維力傳感器在承受多個維度的力的同時作用時，非線性特性非常顯著，六個維度的線性模型疊加是無法精準描述這種非線性效應的。動態標定：即考慮負載運動速度等對力矩傳感器的影響。這種處理方式與機器人的動力學參數辨識類似，讓機器人數個軸連續地運動，采集力矩傳感器的數值與關節角度，完成對負載及零漂的辨識。圖13：機器人底座傾角及傳感器零點計算 圖14：六維力傳感器坐標系中負載重力作用示意 資料來源：基于六維力傳感器的工業機器人

39、末端負載受力感知研究，民生證券研究院 資料來源：基于六維力傳感器的工業機器人末端負載受力感知研究，民生證券研究院 六維力傳感器能夠增強機器人捕捉快速時變信號的能力，而動態性能較差的傳感器跟蹤測量這些信號難度較大。主要使用優化自身結構、形狀等方法提高動態性能，通過動態補償濾波器、遺傳算法、神經網絡算法等智能算法也能夠提高傳感器的動態性能。多維力傳感器的性能更優但成本高昂，因此在實現產業化應用的過程中要平衡傳感器的成本和性能需求。在力傳感器的使用選擇上：1）如果力的方向和作用點是固定的，此時可以選擇用一維力傳感器進行測量。通過安裝定位，使力的方向和作用點都與一維力傳感器的標定坐標軸一致，這樣就可以

40、對力進行精確測量。舉個例子，如圖所示（圖 1），一維力傳感器的標定坐標軸為 OZ 軸，如果被測量力 F 的方向能完全與 0Z 軸重合，那么此時用一維力傳感器就能完成測量任務。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 17 2）如果力的方向隨機變化，但力的作用點保持不變，并且與傳感器的標定參考點重合，那么我們就應該用三維力傳感器。因為被測量的力可以分解為三維力傳感器標定坐標系下的三個正交分量，三維力傳感器的三個測量單元可以分別對其一一測量。用圖舉例說明（圖 2），力 F 的作用點 P 始終與傳感器的標定參考點 O保持重合，力 F 的方向在三維空

41、間中隨機變化，這種情況下用三維力傳感就能完成測量任務，它可以同時測量 Fx、Fy、Fz 這三個 F 的分力。3）如果力的方向和作用點都在三維空間內隨機變化，此時應該選擇用六維力傳感器進行測量。因為空間中任意作用點上的力可以在六維力傳感器的標定坐標系內，分解為沿標定坐標軸的三方向分力和繞標定坐標軸的三方向力矩。還是看圖說話（圖 3），空間中任意方向的力 F，其作用點 P 不與傳感器標定參考點重合且隨機變化，這種情況下就需要選用六維力傳感器來完成測量任務，同時測量 Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz 六個分量。圖15：不同維度數的力傳感器示意圖 資料來源：坤維科技，民生證券研究院 在六維傳感器中，

42、其中的彈性力傳感部件起著關鍵作用。應變片作為一個整體牢固地粘合到該桿件的適當位置，形成至少六個橋式電路，從電壓輸出中，通過矩陣計算確定三個力和三個力矩的大小和方向。就各種橋式電路的輸出與六個力分量的應用之間的關系而言，六維力傳感器可以是耦合或解耦的。對于前者，任何力分量的存在通常會在多個橋中產生輸出。因此，這種傳感器中存在交叉靈敏度，因此校準矩陣相對復雜。至于后者，對應于特定力分量的電橋的輸出不受任何其他力分量的影響。如果是這種情況，則用于計算六個力分量的校準矩陣是對角線，其對角線中只有非零元素。當然，由于力傳感部件通常是單片的，因此在現實中無法獲得完全解耦的傳感器。每個傳感器都在某種程度上是

43、耦合的。然而，在交叉靈敏度不顯著（例如，低于 2%）并且全部被忽略的情況下，可以將傳感器視為具有可接受精度的解耦傳感器。六維力傳感器的內部算法，會解耦各方向力和力矩間的干擾，使力的測量更為 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 18 精準。高精準度的軍用六維力器，可以確保在六維度聯合承載的情況下，測量值偏差在量程的 0.3%FS 以內。所以，需要精準測量的情況下，六維力傳感器的效果更佳。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 19 2 力傳感器市場空間巨大，新興應用開拓市場 2.1 力

44、傳感器需求不斷增長，以稱重傳感器需求為主 從傳感器整體市場現狀來看，據華經產業研究院統計，2016 年以來我國傳感器整體規模表現為快速擴張遠高于全球增速，占比全球市場份額持續提升，2021年我國傳感器市場規模達 2975.1 億元。市場結構占比方面，以中低端傳感器為主，壓力傳感器和圖像傳感器占比穩步提升，2021 年分別占比 17.9%和 10.3%，是目前國內占比最高的兩種傳感器。從市場規模來看，國內應變式傳感器市場規模穩健增長。據華經產業研究院統計，2021 年中國應變式傳感器市場規模為 26.4 億元，同比增長 15.2%，預計2022 年中國應變式傳感器市場規模將達到 30.57 億元

45、，2016-2022 年間 CAGR為 14%。圖16：中國傳感器市場規模 圖17：中國應變式傳感器市場規模 資料來源：華經情報網，民生證券研究院 資料來源：華經情報網，民生證券研究院 供需方面，我國應變式傳感器需求量大于產量。據華經產業研究院統計，2021年我國應變式傳感器行業產量為 948.9 萬只，需求量為 1032.1 萬只；據華經產業研究院預計，2022 年產量及需求量分別達到 1122.6/1211.2 萬只。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 20 圖18：中國應變式傳感器國內產量（萬只）圖19：中國應變式傳感器需求量（萬

46、只）資料來源：華經產業研究院中國應變式傳感器市場運營現狀研究與投資戰略調研報告（2023-2030 年），民生證券研究院 資料來源：華經產業研究院中國應變式傳感器市場運營現狀研究與投資戰略調研報告（2023-2030 年），民生證券研究院 從市場需求組成來看，由于醫療機器人、人形機器人、工業領域運用的協作機器人發展時間還相對較短，市場需求量相比于傳統的稱重傳感器小的多。以國內的常規傳感器供應商柯力傳感為例，公司在稱重傳感器產品基礎上拓展稱重物聯網市場，稱重物聯網指的是其感知層的傳感器主要測量物體或過程的重力信息的物聯網，主要由數字電子衡器（軌道衡、汽車衡、電子皮帶秤等）、紅外攝像儀、數據/視頻

47、通訊模塊、GPRS 模塊、數據服務器和計算機應用軟件組成。其產品根據彈性體材料分類包括鋼質傳感器和鋁質傳感器兩大類。合金鋼為鋼質傳感器的主要應用材質，鋼質傳感器廣泛適用于環境較為惡劣的各類工業生產及室外場合，如冶金、化工、礦山、煤礦、公路交通超限檢測、汽車安全檢測等；鋁質傳感器適用于環境較好、腐蝕性小的場合，廣泛用于各類商用衡器、天平、醫療設備、汽車保養、工業及實驗室計量。根據高工機器人產業研究所（GGII）數據顯示，2022 年中國市場六維力/力矩傳感器銷量 4840 套，同比增長 62.58%。GGII 預計，2023 年中國市場六維力/力矩傳感器銷量有望突破 6700 套，同比增速 40

48、%左右。從當前出貨量來看，目前六維力/力矩傳感器市場在整體傳感器市場中占比依然較低，尚未形成明顯規模效應。隨著國內參與研發廠商的持續增加，疊加下游應用場景不斷擴張，對六維力/力矩傳感器的市場需求有望進入高速成長期，將伴隨著多技術路線、產品矩陣的完善、產品成本的下降以及國產化率的提升。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 21 從國內市場看，目前國內企業在衡器等領域應用的中低端占據絕大部分市場份額，其中寧波柯力傳感科技股份有限公司、中航電測儀器股份有限公司為我國應變式傳感器龍頭企業，2016 年分別占據我國應變式傳感器市場 20.21、16

49、.22%的份額。從力傳感器的核心零部件市場來看，據 GIR(GlobalInfoResearch)調研，2021年全球電阻應變片收入大約 133.8 百萬美元，預計 2028 年達到 150.8 百萬美元。全球市場主要電阻應變片生產商包括 Vishay、HBM、NMB、KYOWA 和 TML 等。國內中航電測是重要的電阻應變片供應商。2.2 力傳感器相比于電流環傳感方案精度更高 力傳感器是機器人力感知的關鍵部件。ABB、安川、KUKA 等企業的機器人，能夠廣泛應用于仿生、醫療、打磨、裝配、抓取及人機共融等領域中，持續開發拖動示教、人機交互等功能，除開本身具備高柔性、高自動化等優點，力傳感器的作

50、用不可忽視。從仿生視角來看，想要讓機器人實現人的肢體操作，例如機器手，在進行抓取等動作時，可以拆分為兩個步驟，皮膚感知到物體，隨后手執行抓取，而對應于機器人的關節構成，是由布置在末端執行器與機器人之間的力傳感器感知到物體，將其反饋到機器人監控中，隨后末端執行器執行抓取的動作。通過電流環、關節扭矩、六維力傳感器或電子皮膚等方式可以實現對機器人的自適應柔性控制，提高機器人運動的安全性。多維力矩/力傳感器力控是當前力控的最佳方案，電流環傳感方案難以滿足人形機器人等精細工作場景需求。目前機器人力控方案大致有 3 類，分別為電流環圖20：中航電測力傳感器相關產品 資料來源：中航電測官網，民生證券研究院

51、行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 22 力控、多維力矩/力傳感器力控、被動力控（彈性體），其中多維力矩/力傳感器力控是當前力控的最佳方案，其硬件包括關節部位的單軸力矩傳感器和機器人執行器末端的 6 軸力傳感器。關節力矩傳感器感知能力相比于電流環感知能力更優。圖21：機器人關節模型（簡化版）圖22：力矩傳感器和電流環信號的變化 資料來源：電流環與關節力矩傳感器感知能力比較，作者：桂凱，民生證券研究院 資料來源：電流環與關節力矩傳感器感知能力比較，作者：桂凱，民生證券研究院 電流環力控是一種不增加力反饋的傳感器，而用伺服電機的電流環的電流

52、反算每個關節的反作用力，弊端是機械臂的減速比要比較小，輕負載，精度差（低精度要求場景下的協作機器人可能運用)。被動力控的方案是末端執行器加彈性體，原理是位移控制，加上彈性體可以用恒定的力之后，能夠實現抓取目標物體，避免損壞；主要適用于低成本環境。力矩傳感器、六維傳感器-ATI/Robotiq 機器人采用的模式?；诹土?，控制精度好，感知精度高，完全獨立，控制的電流波動都能感覺到。對比電流環和力矩傳感器對外部施加力的反饋精度，如圖，是一個簡化的機器人關節模型，其中的彈簧相當于力矩傳感器。初始時關節處于靜止狀態。通過力矩傳感器，施加在連桿上的外力能夠很快的傳導到傳感器上，而電流環則是通過 K

53、傳感器后持續向后傳遞到減速器端，當外力矩增大到超過減速器的最大靜摩擦力時，減速器轉動再向電機傳導信號，在這之后，電流環才能夠感知到外力矩。從力矩傳感器和電流環信號對外部推力增加的信號變化來看，從由于減速器的靜摩擦力，需要較大的外力，才能使電流環檢測到，而力矩傳感器能夠較快的檢測到外力的變化，在對于性能追求大于成本控制追求的情形下，力矩傳感器是更優的傳感方案。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 23 2.3 人形機器人等新技術有望帶來六維力傳感器需求提升 2.3.1 人形/醫療機器人市場需求有望快速增長 六維力傳感器及關節扭矩傳感器主要應

54、用于高端領域的機器人，人形機器人市場空間大，增速迅猛。人形機器人下游應用領域按最終用戶可以劃分為涵蓋了教育、醫療、酒店、公共設施、住宅、零售和其他。根據 StratisticsMarketResearchConsulting 的數據，2020 年全球人形機器人市場估計為 5.6 億美元，而到 2027 年預計市場規模將達到 141 億美元，CAGR 達 58.5%。其中，2027 年中國人形機器人市場有望達到 23 億美元，CAGR達 56.4%。圖23：全球人形機器人市場規模 圖24：中國人形機器人市場規模 資料來源：StratisticsMarketResearchConsulting，民

55、生證券研究院 資料來源：StratisticsMarketResearchConsulting，民生證券研究院 力矩傳感器也在協作機器人場景中廣泛運用，例如國內廣東省深圳市大族機器人有限公司推出的 MAiRA 系列協作機器人助手，配有 3D 視覺傳感器，利用六維力控制技術提高機器人的智能性。珞石(北京)科技有限公司的柔性協作機器人xMateCR系列，每個關節內置力矩傳感器，具有超高的安全性能和運動控制能力，采用圖形化編程技術簡化操作，可實現汽車零部件、3C 等不同工業場景的人機協作生產。醫療領域的機器人市場需求同樣可觀。目前，協作機器人+六維力傳感器的組合已廣泛應用于手術機器人、康復機器人、按

56、摩理療機器人、醫療檢測機器人（如核酸檢測機器人、遠程 B 超機器人等）等形式的醫療康養行業智能化解決方案。手術機器人的力感知可作為力反饋的依據以提升手術的安全性。當手術機器人擁有力反饋功能，醫生就可以精確感知機器人末端工具（或末端執行器）和人體的相互作用力，區分健康組織和病變組織，并進行精準力輸出控制，從而避免因用力過大造成縫合處的二次損傷。因此，六維力傳感器產品已成為類似應用場景中的剛需。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 24 根據 Frost&Sullivan 的預測，全球手術機器人市場 2020-2026 年預估復合增長率為 2

57、6.2%。中國手術機器人行業處于早期發展階段，增長潛力較大。2020年國內手術機器人市場基數為4億美元，2015-2020年復合增速35.7%，至2026年預期年復合增速 44.3%，達到 38 億美元。根據宇立 SRI 的公開數據，公司在醫療機器人領域的應用已經取得大額訂單。2014 年 Medtronic 開始研發 HugoRAS 手術機器人，2015 年 SRI 開始為HugoRAS 提供關節扭矩傳感器，2021 年美敦力獲歐洲臨床手術證書并成功進行了第一例臨床手術。僅 2022 年前 7 個月，SRI 已從 Medtronic 獲得訂單 1100 多臺。2.3.2 從特斯拉機器人看力傳

58、感器運用 2023 年 5 月特斯拉展示了 TeslaBot 人形機器人“擎天柱”（Optimus）的全新型號。特斯拉 Optimus 人形機器人工程機在會場展示行走能力，并在播放視頻中完成提起水壺行走澆花，工廠內搬運物品等動作，這些動作都是通過 Optimus自身集成的軟硬件執行完成，沒有外部控制與外接線束，說明樣機已具備一定程度的運動規劃任務執行能力。而隨著人形機器人對關節的靈活度和運動精度的控制能力進一步提升，對力矩傳感器的需求進一步提升。在特斯拉人形機器人中，除手指部分小執行器外，特斯拉機器人本體共包含多種不同的力矩/推力大小的執行器，一大類是直線執行器，另一大類是旋轉執行器。圖25：

59、航空航天領域的六維力傳感器應用 圖26：醫療手術機器人六維傳感器應用案例 資料來源：坤維科技初識六維力傳感器，民生證券研究院 資料來源：美敦力，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 25 圖27：機械臂構成 資料來源：FANUC 官網視頻截圖，民生證券研究院 TeslaOptimus 旋轉執行器方案為：永磁無刷電機+諧波減速器+抱閘+雙編碼器+力矩傳感器+軸承，旋轉關節的優勢在于小體積，大速比，扭矩密度比較高。直線執行器方案為：永磁無刷電機+行星滾柱絲杠+位置編碼器+力傳感器+軸承，采用線性執行器驅動器關節的優勢：高精度、

60、低能耗、高負載、高空間利用率、具備自鎖能力。人形機器人運用力傳感器的主要場景包括三大類：一、主體的力控方案根據實際需求的不同有多種解決方案，一般而言，在平面路面上工作的人形機器人可不采用六維力傳感器，但在面對復雜路況的情況下，人形機器人需要采用六維力傳感器。方案一：主體放置六維力傳感器，成本高但檢測精度、信息數據量都更好。方案二：去除六維力傳感器，通過腿部關節力矩，拉壓力傳感器反推主體受力情況，也可以實現力控。方案三：主體放氣囊，放氣壓傳感器。方案四：直接在主體內放拉壓力傳感器也可以做主體力控。幾種方案沒有絕對的優劣，主要取決于使用場景的需求和成本的需求。二、關節（運用于機器人的旋轉關節和直線

61、關節內部）1）旋轉關節，在減速機外部放置一個力控傳感器。2）直線關節，視電機情況，如果是旋轉電機，放扭矩力控傳感器，也可以在傳動軸上放一個扭矩傳感器。如果用直線電機，可以在推桿上放拉壓力傳感器，做直線關節的力控。三、手部力控，主要是兩種技術路線，手有直線電機，一可以在直線電機推桿上放拉壓力傳感器測試力，二可以在手部內放置觸覺傳感器，目前來看，觸覺傳感器方案更優。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 26 就手腕部分而言，機器人一般具有六個自由度才能使手部達到目標位置和處于期望的姿態，腕部的自由度主要是實現所期望的姿態，并擴大臂部運動范圍。

62、腕部實際所需要的自由度數目應根據機器人的工作性能要求來確定。手腕處通常會放置六維力傳感器來滿足精度的要求。例如，機器人在執行抓取動作時，首先是視覺傳感器的作用，測繪目標的三維形狀以及所有視覺內的環境，位置控制環計算得出最優的路徑達到目標位置，在接近的時候再進行補充矯正，補充矯正有多種方案。后續的手掌還會有補充的傳感器，可以放激光雷達、也可以放置另外一個視覺傳感器（手掌上），便于二次定位，再進行抓取動作，發生碰觸后，力控的信號發生變化就說明已經抓到目標對象，再重新調整位控。遵循位控接近力控感知力控信號出現后重新位控的流程。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責

63、聲明 證券研究報告 27 3 競爭格局：國內產品更具性價比，替代潛力巨大 3.1 多維力傳感器單價高，國內產品更具性價比 多維力傳感器主要應用于高端需求場景，下游機器人領域客戶進入壁壘較高。目前，全球的力傳感器廠商主要包括日韓、歐美、中國地區的供應商。日韓地區六維力/力矩傳感器廠商主要配套當地機器人本體廠商，其中，韓國企業 Robotous、Aidin Robotics 主要合作廠商包括 Doosan Robotics、Neuromeka 和 Rainbow Robotics；日本企業 Sintokogio 和 WACOH-TECH 主要合作廠商包括發那科、電裝、三菱、那智不二越、安川等。歐美

64、地區六維力/力矩傳感器廠商主要包括傳統的傳感器生產商，包括 ATI、AMTI、Kistler 等，以及全球知名的機器人末端工具生產商，主要有 SCHUNK、OnRobot、Robotiq 等，歐美地區廠商合作企業以協作機器人本體廠商為主，主要包括優傲機器人、達明機器人和歐姆龍等。目前，國產六維力/力矩傳感器與海外廠商傳感器在靈敏度、串擾、抗過載能力及維間耦合誤差等方面仍存在差距。但國內參與公司不斷取得技術進展，宇立儀器（SRI）、坤維科技、鑫精誠、海伯森、藍點觸控、神源生智能、瑞爾特測控等，均已有相關的產品落地并進入產業化應用。多維力傳感器單價相比于一維力傳感器有大幅的提升，國內品牌產品單價顯

65、著低于海外品牌。力傳感器的單價隨著產品技術難度的提升而顯著提升，國內一維力傳感器的單價大約在幾十-幾百元，六維力傳感器在 1-4 萬元，國外品牌的一維力傳感器的單價就在兩千元左右，在六維力傳感器單價在 5-10 萬元。圖28：國外拉壓力傳感器單價 1890 元 圖29：國外 ATI 六維力傳感器單價為 7 萬元。資料來源：采購網，民生證券研究院 資料來源：采購網，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 28 3.2 國內外主要力傳感器供應商 3.2.1 海外力傳感器龍頭廠商 海外龍頭企業：ATI ATI 工業自動化是世界領先

66、的機器人附屬產品的工程研發公司，早在上個世紀80 年代，ATI 公司就創造性地發明了六維力和力矩傳感器，它可以測量 XYZ 三個方向和反方向的力和力矩，被廣泛應用于各個工業領域，如產品測試，機器人裝配，打磨和拋光等；在研究領域被用于外科手術機器人，仿生機器人，康復機器人，以及神經學等。表4：ATI 產品系列 ATI 產品系列 系列名稱 Axia 系列 Nano 系列 Mini 系列 Gamma 系列 Delta 系列 產品圖 特性簡介 高性能、低成本的六軸力/力矩傳感器 擁有極高的分辨率、精度和剛度 支持 Ethernet、EtherCAT 或 RS-485通訊 標配雙量程 新增 IP64，防

67、塵防濺水等級 最小的六軸力/力矩傳感器 適用于研究應用領域 支持 IP65（防水濺）、IP68（水下工作）防護等級 小型、緊湊低剖面的六軸傳感器 可應用于機器人相關研究（遙控、外科輔助、仿真、康復），手指壓力的相關研究 同樣支持 IP65、IP68防護等級 采用高精度加工的高強度航空鋁型材 可應用于：實時力控制、機器人裝配、觸覺反饋、汽車零部件測試、假體裝置測試 支持 IP60、IP65、IP68 防護等級 采用高精度加工的高強度航空鋁型材 含有過載定位銷 可應用于：力的實時監控、機器人的裝配、觸覺反饋研究、康復學研究 支持 IP60、IP65、IP68 防護等級 資料來源：ATI，民生證券研

68、究院 海外龍頭企業：HBM HBM 公司成立于 1950 年，總部位于德國達姆斯達特市，是全球稱重、測量和測試方面的技術領導者，產品分為傳感器、數據采集系統、測量軟件三大類。HBM 公司擁有 3 個生產基地以及遍布全世界范圍內 30 多個銷售代理機構，主要客戶遍布全球，世界上很多著名的衡器及測量方面的公司都與 HBM 公司有密切的合作關系。1997 年，HBM 公司在中國蘇州投資設立全資子公司霍丁格包爾文（蘇州）電子測量技術有限公司，注冊資金 300 萬美元，主要生產電阻應變計和應變式稱重傳感器，同時還全權負責亞洲地區的銷售，代理 HBM 公司德國和美國公司的全部產品，包括應變計、各種高精度鋼

69、質傳感器、稱重儀表、傳感器附件，以及運用于工業測量領域的壓力、扭矩、位移、加速度傳感器和相關數據采集系統等。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 29 海外龍頭企業：美國威世測量集團 美國威世（Vishay）測量集團成立于 1962 年，總部位于美國賓夕法尼亞州，是世界最大的無源半導體器件、應變片及稱重傳感器的最大制造商之一，目前集團已經有 69 個制造基地，遍布全球 17 個國家，其中中國大陸有 7 家制造工廠分別坐落于天津、北京、上海、惠州等地。其產品被廣泛地應用于工業、計算機、汽車、消費品、電信、軍事、航空和醫藥等領域的各種電子儀器

70、設備上。威世（Vishay）測量集團多年來通過兼并和整合等資本運作，先后將世界稱重傳感器制造領域內多個知名品牌囊括至其集團傳感器事業部旗下，威世（Vishay）測量集團目前擁有的品牌包括：STS、TEDEA-HUNTLEIGH、CELTRON、BLH、NOBEL、REVERE等。3.2.2 國內力傳感器龍頭廠商 宇立 SRI（非上市）：六維力傳感器龍頭企業，產品進入海外核心客戶供應鏈 宇立儀器（SunriseInstruments，簡稱 SRI）由原美國 FTSS 總工黃約博士創立，是 ABB 全球戰略供應商，世界各地的機器人都在使用宇立的產品。宇立在打磨、裝配和協作機器人的力控產品方面都有一

71、定的國際影響力。美敦力生產的腹部手術機器人使用了宇立生產的傳感器，這也標志了宇立的產品已經升級到足以滿足醫療設備生產的高要求。在產品上，宇立作為全球領先的六軸力傳感器供應商，產品應用于機器人及自動化、汽車碰撞測試、汽車耐久測試、生物力學和通用試驗設備等多個領域。自 2007 年以來，宇立儀器設計生產了 9 大系列，200 多個型號的多軸力傳感器，從一軸至六軸，都有相應的產品。2021 年宇立上?？偛块_始運營，同時與庫卡機器人和上汽技術中心成立了“宇立-庫卡智能打磨實驗室”和“宇立-itest 聯合創新實驗室”，致力于力控、視覺和智能控制軟件等技術的融合，推進工業機器人智能打磨應用和汽車測試行業

72、的智能化。目前宇立已擁有 4500 平米的生產車間，包括機械加工、潔凈傳感器生產車間、組裝車間和測試車間等完善的生產體系。圖30：宇立的合作伙伴 圖31：宇立六維力傳感器應用于 ABB 機器人 資料來源：宇立 SRI，民生證券研究院 資料來源：宇立 SRI，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 30 坤維科技（非上市）：航空航天領域力傳感器技術出身，技術實力強 坤維科技成立于 2018 年，坤維科技的創始團隊均來自航天科研機構，從事智能型多軸力傳感器研發、生產及應用近 20 年，掌握力覺測量核心技術，具備自主知識產權。公司

73、的核心產品六維力傳感器，以其先進的力敏元件及其固化技術、標定檢測技術、核心算法、智能化硬件，賦予機器人、精密制造、測試與測量、航空航天、大健康等領域革命性的機器力覺產品及解決方案。坤維科技六維力傳感器產品源于航天測試技術，技術積累已有 50 余年，品控嚴格，產品性能穩定，準度（含串擾 crosstalk）可優于 0.5%FS。海伯森（非上市）：公司專注于工業級傳感器的技術創新，并具備將光、機、電、算技術綜合應用于傳感器產品的研發能力和規?；a能力，主營產品包括 3D 線光譜共焦傳感器、點光譜共焦位移傳感器、超高速工業相機、六維力傳感器、面陣固態激光雷達、激光對針傳感器、單點 ToF 測距傳感

74、器和激光三角位移傳感器等。公司全面布局海內外市場，旨在為 3C 電子、工業自動化、精密工件檢測、醫療、科研等行業領域提供精密智能傳感技術，助力實現智慧工業和萬物互聯，讓精密智能傳感產品能夠在工業 4.0 時代更好地服務于全球用戶。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 31 4 相關上市標的 4.1 柯力傳感：國內應變式力傳感器龍頭，多維傳感器在研 公司連續 14 年在國內稱重傳感器市占率保持第一，現已開發可應用于機器人的微型、測重測力、靜態扭矩、多維力傳感器。公司以稱重傳感器業務起家，是目前全球稱重領域物聯網研發與推廣應用的主要引領者之一

75、，也是中國重要的稱重元件制造及銷售企業之一和工業物聯網產業開拓者之一，應變式傳感器是公司的核心產品。根據公司公告，公司開發了三維力、六維力等多維力傳感器，可用于機器手臂運動與工作載荷監測、曲面研磨拋光、加工中心精雕加工、醫療設備精密測控等，具有高精度、高靈敏度、抗偏載能力強、維間耦合小等特點。目前多維力系列產品仍處于小批量試制階段。公司 2022 年實現營業收入 10.61 億元，同比增長 2.85%；2022 年實現歸屬于母公司所有者的凈利潤 2.6 億元，同比增長 3.58%。公司具備智能化產線，在后續傳感器的產業化生產方面具有較強的優勢，能夠助力傳感器環節的降本。截至2022 年年報披露

76、時點，公司的“機械手工作檢測多維力傳感器研發”、“SQB 系列稱重傳感器自動貼片裝置研發項目”均已經處于研發狀態，將賦能未來公司在多維傳感器領域的生產能力。公司產能逐步釋放，自動化產線建設加速。公司加快“自動化、信息化、智能化”三化融合，推進寧波慈城新工廠、鄭州工廠、安徽工廠三大制造基地建設。2022年，公司實現了產能提升，并朝著“無人工廠”方向前進。根據公司公眾號報道，截至 2023 年 5 月 26 日，寧波慈城新工廠總面積 73000 平方，主體工程已于 2023年 4 月 6 日全部完成，整個項目預計于 2023 年 12 月 30 日投入使用。鄭州工廠總面積 84500 平方，定位于

77、面向北方市場的傳感器及物聯網系統集成制造基地，主體預計于 2023 年 8 月完成，整個項目預計于 2024 年 1 月投入使用。4.2 中航電測：國內應變片龍頭，自動化產線升級 中航電測，成立于 2002 年 12 月 25 日，是中國航空工業集團公司控股企業。中航電測是國內軍民用智能測控龍頭，業務分為航空軍品、傳感控制、智能交通及其它四大類。航空軍品主要分機載電測產品與配電控制系統、測量控制設備兩大類，傳感控制主要包括感知器件、儀表軟件、智能裝備、控制器件、物聯網裝備，智能交通主要包括機動車檢測、駕培駕考業務、基于測量控制技術的車載終端系統業務以及車聯網業務、移動源環保業務、信息化系統業務

78、。公司的傳感器平臺已經進入航空發動機、航天空間站、雷達車、船舶等多個領域，接近傳感器實現快速增長，水量測量傳感器獲得配套機會；非航防務市場實現戰車、高能武器的應用配套；智能配電實現多個無人機型站位。公司具備產線自動化能力，有利于對傳感器進行大規模量產。公司持續加快推進數智戰略，推進智能排產（APS）開發和試點應用，傳感器產線排產效率和準確 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 32 度大幅提升，開啟智能決策的新起點；大力推動自動化改造，報告期內推動 11 項自動化產線、自動化測試建設項目，有效提升了自動化水平，改善了生產效率和產品品質。表

79、5：中航電測力傳感器相關在研項目 主要研發項目名稱 項目目的 項目進展 擬達到的目標 預計對公司未來發展的影響 應變計系列技術研究 基礎技術研究，提升應變計溫度性能，提高產品穩定性，提高技術水平和能力 技術實現 形成系統的應變膠粘劑技術，箔材熱處理技術，半成品技術，調阻技術，應變計性能和穩定性研究技術平臺，支撐應變計產品發展。進一步提升公司應變計技術水平，鞏固公司在行業內的領先地位。傳感器系列技術研究 基礎技術研究，提高傳感器精度 技術實現 提升全溫度 C3 批量合格率；實現動態傳感器批量生產；初步掌握C5、C6 核心技術，BM24R-C6 通過認證。進一步提升公司傳感器技術水平，鞏固公司在行

80、業內的領先地位。高精度動態稱 突破國內在動態稱重技術上的瓶頸 產品實現 研制出一款高精度動態稱，實現可批量生產 對標國際同類產品，進一步提高公司產品在國內動態稱重領域的品牌影響力和產品競爭優勢 資料來源：中航電測 2022 年年報，民生證券研究院 4.3 漢宇集團：投資同川科技及海伯森，布局人形機器人 公司主營業務為高效節能家用電器排水泵的研發、生產和銷售，2022 年排水泵業務營收 8.77 億元，占比達 83%。憑借在電機核心技術方面多年的經驗積累，公司積極布局電機應用領域，截至 2021 年，已開拓終端電器、工業機器人、新能源汽車配件等多個新業務板塊。漢宇集團控股子公司同川科技參股投資了

81、海伯森，海伯森產品可廣泛應用于先進制造、精密測量、工業自動化等領域。同川科技系漢宇集團控股 60%的子公司，于 2012 年成立，2015 年開始逐步投入研發諧波減速器。公司諧波減速器產品性能位列國內第一梯隊，主要應用于工業機器人，具備年產十萬臺級的量產能力。目前公司在積極拓展海內外機器人本體客戶。根據公司公告，同川科技已實現諧波減速器產品的批量生產和銷售?！巴ň?TCDrive”主要經營：精密諧波減速機，伺服電機，機電一體化模塊等產品。海伯森已入選為國家級高新技術企業和深圳市專精特新企業，公司在光學精密測量、工業 2D/3D 檢測、機器人智能應用等領域形成了成熟的產品 行業專題研究/機械

82、 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 33 矩陣，主營產品包括 3D 閃測傳感器、3D 線光譜共焦傳感器、點光譜共焦位移傳感器、超高速工業相機和六維力傳感器等。根據漢宇集團公告，海伯森生產的六維力傳感器可以應用在人形機器上。2021 年，海伯森 HPS-FT 系列六維力傳感器獲得全球協作機器人大廠丹麥優傲（universal-robots）獨家認證，成為國內首家獲得“UR+”官方認證的高端智能化傳感器研發生產企業。4.4 瀚川智能：投資坤維科技，完善傳感器布局 公司的主營業務聚焦汽車的電動化和智能化，主要產品為汽車智能制造裝備、電池智能制造裝備和充換電智能

83、制造裝備。公司于 2021 年公司進入換電行業，2022 年公司業務聚焦汽車智能化、電動化等主航道業務。公司在拓寬汽車智能制造業務產品應用范圍的同時，也積極進行電池設備智能制造及充換電業務的產品研發和下游市場開拓，共同助力公司發展。2020 年 11 月，瀚海皓星與坤維科技及其他股東簽訂了股權轉讓協議，受讓坤維科技 4.239%股權，對應注冊資本 11.905 萬元。2021 年 1月，瀚海皓星與坤維科技及其他各方股東簽訂了增資協議，向坤維科技增資 4.481 萬元注冊資本，增資完成后瀚海皓星持有坤維科技 5.485%股權。坤維科技主要產品六維力傳感器是力覺控制系統的核心部件，公司在六維力傳感

84、器領域具有較強的競爭力。坤維科技的產品可以作為核心零部件應用于瀚川的智能化產線中。圖32：海伯森六維力傳感器 資料來源：海伯森官網，民生證券研究院 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 34 5 風險提示 1）成本下降不及預期的風險。機器人能否實現產業化應用一方面取決于成本能否下降到經濟范圍，以及能否實現大規模量產。若公司不能及時開發出適應市場需求的新產品，或者機器人公司未能開發出量產方案，將使得市場需求規模無法進一步增長。2）技術無法突破的風險。國內眾多公司尚處于六維力傳感器的技術開發過程中，若公司的研發進展不及預期，無法實現技術突破，

85、也就無法開拓相應市場，或者失去先發優勢。行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 35 插圖目錄 圖 1：傳感器分類.3 圖 2：不同傳感器性能對比.4 圖 3：力傳感器工作原理示意圖.5 圖 4：多維力傳感器的技術壁壘.5 圖 5：力傳感器生產流程示意圖.6 圖 6：中航電測應變片產品參數.8 圖 7：應變片的加工工序.8 圖 8：應變片原理及惠斯通橋電路圖.10 圖 9：應變片貼合至彈性體工藝.12 圖 10：扭矩傳感器示意圖.13 圖 11：六軸力傳感器與彈性直梁結構示意圖.14 圖 12：一維力傳感器 VS 六維力傳感器.15 圖 1

86、3：機器人底座傾角及傳感器零點計算.16 圖 14：六維力傳感器坐標系中負載重力作用示意.16 圖 15：不同維度數的力傳感器示意圖.17 圖 16：中國傳感器市場規模.19 圖 17：中國應變式傳感器市場規模.19 圖 18：中國應變式傳感器國內產量（萬只）.20 圖 19：中國應變式傳感器需求量（萬只）.20 圖 20：中航電測力傳感器相關產品.21 圖 21：機器人關節模型（簡化版）.22 圖 22：力矩傳感器和電流環信號的變化.22 圖 23：全球人形機器人市場規模.23 圖 24：中國人形機器人市場規模.23 圖 25：航空航天領域的六維力傳感器應用.24 圖 26：醫療手術機器人六

87、維傳感器應用案例.24 圖 27：機械臂構成.25 圖 28：國外拉壓力傳感器單價 1890 元.27 圖 29：國外 ATI 六維力傳感器單價為 7 萬元。.27 圖 30：宇立的合作伙伴.29 圖 31：宇立六維力傳感器應用于 ABB 機器人.29 圖 32：海伯森六維力傳感器.33 表格目錄 重點公司盈利預測、估值與評級.1 表 1：不同類型六維力/力矩傳感器原理、特點及代表企業.3 表 2：各類應變片圖示.9 表 3：日本 TML 應變片參數.11 表 4：ATI 產品系列.28 表 5：中航電測力傳感器相關在研項目.32 行業專題研究/機械 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀

88、最后一頁免責聲明 證券研究報告 36 分析師承諾 本報告署名分析師具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并登記為注冊分析師，基于認真審慎的工作態度、專業嚴謹的研究方法與分析邏輯得出研究結論，獨立、客觀地出具本報告，并對本報告的內容和觀點負責。本報告清晰準確地反映了研究人員的研究觀點，結論不受任何第三方的授意、影響，研究人員不曾因、不因、也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。評級說明 投資建議評級標準 評級 說明 以報告發布日后的 12 個月內公司股價（或行業指數）相對同期基準指數的漲跌幅為基準。其中：A 股以滬深 300 指數為基準；新三板以三板成指或三板

89、做市指數為基準；港股以恒生指數為基準；美股以納斯達克綜合指數或標普500 指數為基準。公司評級 推薦 相對基準指數漲幅 15%以上 謹慎推薦 相對基準指數漲幅 5%15%之間 中性 相對基準指數漲幅-5%5%之間 回避 相對基準指數跌幅 5%以上 行業評級 推薦 相對基準指數漲幅 5%以上 中性 相對基準指數漲幅-5%5%之間 回避 相對基準指數跌幅 5%以上 免責聲明 民生證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）具有中國證監會許可的證券投資咨詢業務資格。本報告僅供本公司境內客戶使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告僅為參考之用，并不構成對客戶的投資建議，不應被視為買賣任何證券、

90、金融工具的要約或要約邀請。本報告所包含的觀點及建議并未考慮個別客戶的特殊狀況、目標或需要，客戶應當充分考慮自身特定狀況，不應單純依靠本報告所載的內容而取代個人的獨立判斷。在任何情況下，本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容而導致的任何可能的損失負任何責任。本報告是基于已公開信息撰寫，但本公司不保證該等信息的準確性或完整性。本報告所載的資料、意見及預測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷，且預測方法及結果存在一定程度局限性。在不同時期，本公司可發出與本報告所刊載的意見、預測不一致的報告，但本公司沒有義務和責任及時更新本報告所涉及的內容并通知客戶。在法律允許的情況下，本公司及其附屬機構可能持有報告

91、中提及的公司所發行證券的頭寸并進行交易，也可能為這些公司提供或正在爭取提供投資銀行、財務顧問、咨詢服務等相關服務，本公司的員工可能擔任本報告所提及的公司的董事?？蛻魬浞挚紤]可能存在的利益沖突，勿將本報告作為投資決策的唯一參考依據。若本公司以外的金融機構發送本報告，則由該金融機構獨自為此發送行為負責。該機構的客戶應聯系該機構以交易本報告提及的證券或要求獲悉更詳細的信息。本報告不構成本公司向發送本報告金融機構之客戶提供的投資建議。本公司不會因任何機構或個人從其他機構獲得本報告而將其視為本公司客戶。本報告的版權僅歸本公司所有，未經書面許可，任何機構或個人不得以任何形式、任何目的進行翻版、轉載、發表、篡改或引用。所有在本報告中使用的商標、服務標識及標記，除非另有說明，均為本公司的商標、服務標識及標記。本公司版權所有并保留一切權利。民生證券研究院：上海：上海市浦東新區浦明路 8 號財富金融廣場 1 幢 5F；200120 北京：北京市東城區建國門內大街 28 號民生金融中心 A 座 18 層；100005 深圳：廣東省深圳市福田區益田路 6001 號太平金融大廈 32 層 05 單元；518026