2023力傳感器市場規模、競爭格局及國內核心力傳感器公司分析報告（24頁）.pdf

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1、2023 年深度行業分析研究報告 1 力傳感器是力控的關鍵部件，六維力傳感器測量信息最為全面精準力傳感器是力控的關鍵部件，六維力傳感器測量信息最為全面精準.5 1.1 六維力傳感器是維度最高的力覺傳感器六維力傳感器是維度最高的力覺傳感器.5 1.2 力傳感器是機器人實現主動柔順控制的核心部件力傳感器是機器人實現主動柔順控制的核心部件.8 1.3 力傳感器與電流環的區別力傳感器與電流環的區別.14 2 力傳感器市場有望持續增長，歐美日韓占據主導地位力傳感器市場有望持續增長，歐美日韓占據主導地位.16 2.1 力傳感器市場規模超過力傳感器市場規模超過 150 億美元，我國六維億美元，我國六維力矩傳

2、感器市場尚小力矩傳感器市場尚小.16 2.2 國外企業占據六維力傳感器核心市場國外企業占據六維力傳感器核心市場.18 3 國內核心力傳感器公司介紹國內核心力傳感器公司介紹.23 圖圖 1.一維、三維和六維力傳感器對比一維、三維和六維力傳感器對比.6 圖圖 2.六維力傳感器六維力傳感器.6 圖圖 3.不同感力原件的力覺傳感器對比不同感力原件的力覺傳感器對比.7 圖圖 4.六維力六維力/力矩傳感器發展歷史力矩傳感器發展歷史.8 圖圖 5.六維力傳感器在不同領域的應用六維力傳感器在不同領域的應用.9 圖圖 6.機器人柔順控制技術分類機器人柔順控制技術分類.10 圖圖 7.被動柔順控制被動柔順控制結構

3、結構.11 圖圖 8.阻抗控制分類阻抗控制分類.12 圖圖 9.六維力傳感器在機器人領域的應用六維力傳感器在機器人領域的應用.12 圖圖 10.六維力傳感器通常安裝在機器人的底座或者末端六維力傳感器通常安裝在機器人的底座或者末端.13 圖圖 11.機器人由自動化向智能化進化機器人由自動化向智能化進化.13 圖圖 12.在手腕、腳踝關節等處更適用六維力矩傳感器在手腕、腳踝關節等處更適用六維力矩傳感器.13 圖圖 13.簡化機器人關節模型簡化機器人關節模型.15 圖圖 14.三環三環 PID 控制系統示意控制系統示意.15 圖圖 15.2020-2026 年全球力傳感器市場規模預測（億人民幣）年全

4、球力傳感器市場規模預測（億人民幣）.17 圖圖 16.2017-2022 年中國力年中國力/力矩傳感器機器人行業市場銷量（套）力矩傳感器機器人行業市場銷量（套）.17 圖圖 17.2017-2022 年中國力年中國力/力矩傳感器機器人行業市場規模（百萬元）力矩傳感器機器人行業市場規模（百萬元）.17 內容目錄內容目錄 圖表目錄圖表目錄 圖圖 18.ATI 力矩傳感器產品特點力矩傳感器產品特點.19 圖圖 19.ROBOTOUS 產產品發展進程品發展進程.21 圖圖 20.ROBOTOUS 力矩傳感器的數據解決方案力矩傳感器的數據解決方案.22 表表 1.不同類型六維力不同類型六維力/力矩傳感器

5、原理及優缺點力矩傳感器原理及優缺點.7 表表 2.六維力傳感器在機器人領域的主要作用六維力傳感器在機器人領域的主要作用.13 表表 4.電流環力控與力矩傳感器對比電流環力控與力矩傳感器對比.16 表表 5.全球六維力全球六維力/力矩傳感器主流廠商力矩傳感器主流廠商.18 表表 6.2022 年全球六維力年全球六維力/力矩傳感器市場競爭格局（按銷量劃分）力矩傳感器市場競爭格局（按銷量劃分）.19 表表 7.ATI 系列產品概況系列產品概況.20 表表 8.ROBOTOUS 6 軸力扭矩傳感器產品概況軸力扭矩傳感器產品概況.22 1 力力傳感器是力控的關鍵部件，傳感器是力控的關鍵部件，六維力傳感器

6、六維力傳感器測量測量信息最為全面精準信息最為全面精準 1.1 六維力傳感器是維度最高六維力傳感器是維度最高的力覺傳感器的力覺傳感器 力覺傳感器力覺傳感器，顧名思義就是感知并度量力的傳感器。按照測量維度，力覺傳感器按照測量維度，力覺傳感器可以分為一至六維力傳感器?？梢苑譃橐恢亮S力傳感器。能測幾個維度，它就是幾維力傳感器。最常見的是一維、三維和六維力傳感器，二維和五維的力傳感器較少。（1）一維力傳感器：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。我們可以通過安裝定位，使被測量力 F 的方向完全與標定坐標軸（OZ 軸）重合，這樣就可以對力進行精確測量。代表產品有稱重傳感器、壓

7、力傳感器等。當力的方向與傳感器的測量軸線平行但不重合，此時傳感器的測量結果將會出現較大的誤差。（2）三維力傳感器：如果力 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 的方向在三維空間中隨機變化，那么用三維力傳感就能完成測量任務。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（Fx、Fy、Fz），三維力傳感器的三個測量單元可以分別對其進行測量。當力的作用點遠離傳感器，這個力在經過正交分解并平移至三維力傳感器的校準中心后，傳感器既要承受力 Fx/Fy/Fz 三分量的作用，又要承受 Mx/My/Mz 三個彎矩的作用，這種情況下，三維力傳感器的測量結果將會出現較大

8、偏差。（3）六維力傳感器：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（FX、FY、FZ）和繞標定坐標軸的三方向力矩（MX、MY、MZ）。這這類傳感器更適用于參考點的距離較遠，且隨機變化情景，測量精度要求類傳感器更適用于參考點的距離較遠，且隨機變化情景，測量精度要求較高。較高。圖1.一維、三維和六維力傳感器對比 數據來源：坤維科技公眾號,財通證券研究所 六維力傳感器是維度最高的力覺傳感器，它能給出最為全面精準的力覺信息。六維力傳感器是維度最高的力覺傳感器，它能給出最為全

9、面精準的力覺信息。六維力傳感器，又叫六維力/力矩傳感器、六軸力傳感器、F/T 傳感器，是一種特殊的力傳感器，能夠同時測量中性坐標系（OXYZ）內的三個力（FX、FY、FZ）和三個力矩（MX、MY、MZ）。六維力傳感器一般分成固定端（機器人端）和加載端（工具端），傳感器的內部算法會解耦各方向力和力矩間的干擾，使力的測量更為精準。圖2.六維力傳感器 數據來源：宇立儀器官網,財通證券研究所 根據傳感元件的不同，六維力根據傳感元件的不同，六維力/力矩傳感器主要分為力矩傳感器主要分為:應變片式、光學式以及壓應變片式、光學式以及壓電電/電容式電容式。目前，市場應用的六維力/力矩傳感器大部分是基于應變式的測

10、量?；趬弘?、電容和光學等原理測量的傳感器有一定的理論研究和實驗，下游尚未得到廣泛應用。每種類型的六維力傳感器都具有其獨特的優點和適用范圍，隨著 相關研究的不斷深入，不同測量機理的傳感器將會發揮自身優勢被應用到各種場合，進而推動六維力傳感器向多元化方向發展。表1.不同類型六維力/力矩傳感器原理及優缺點 傳感元件類型傳感元件類型 原理原理 優點優點 缺點缺點 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 精度高、技術成熟 測量范圍廣、成本低 頻響特性好 生產工藝復雜 金屬箔式應變計輸出微弱 光學式 通過光纖、光柵反映形變，再轉化成力 可靠性高 測量范圍廣 抗電

11、磁干擾能力強 對測試環境要求高 剛性偏弱 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 高靈敏度和高分辨率 頻率范圍寬，結構簡單 環境適用性強 調理電路復雜 信號漂移難以抑制 數據來源：高工機器人公眾號，財通證券研究所 經過對穩定性、剛度、動態特性、成本與信噪比五個維度的比較，硅應變傳感經過對穩定性、剛度、動態特性、成本與信噪比五個維度的比較，硅應變傳感器綜合性能器綜合性能優異優異。硅應變片的穩定性、信噪比、動態特性要好于金屬應變片，剛度上兩者差異不大，成本上金屬略優，但這幾年硅應變片的工藝有了提升和改進，綜合成本也在大幅降低。圖3.不同感力原件的力覺傳感器對比 數

12、據來源：leaderobot公眾號,財通證券研究所 六維力六維力/力矩傳感器的研發難度非常大。力矩傳感器的研發難度非常大。它不是三個一維力傳感器和三個扭矩傳感器結構的簡單疊加，它的非線性力學特征明顯，要考慮多通道信號的溫漂、蠕變、交叉干擾、數據處理的實時性，再加之六維聯合加載標定的復雜性，六維力傳感器的技術難度可謂是一維力傳感器難度的六次方。六維力傳感器面臨兩個關鍵技術問題：全方位機械過載保護和動態性能。六維力傳感器面臨兩個關鍵技術問題：全方位機械過載保護和動態性能。機械過載保護是指作用到傳感器的力超過某一數值時，為避免傳感器損壞而增加的一種附屬結構。國內外學者也提出了基于不同結構的機械過載保

13、護裝置，但由于保護裝置結構復雜且加工精度要求較高等限制，生產出具有全方位機械過載保護裝置的六維力傳感器的成熟產品仍有難度。傳感器性能指標包括靜態性能指標和動態性能指標。在實際的力測量過程中，被測信號大多是動態信號，如機器人打磨拋光時的接觸力、物體高速運動過程中的稱重和炮彈發射過程時的后座力等信號，這些信號屬于快速時變信號，動態性能較差的傳感器很難跟蹤測量這些信號，所以必須在充分了解傳感器的動態性能后方能選擇合適的傳感器來進行測量。除了優化自身結構、形狀等方法提高動態性能外，一些國內外學者利用動態補償濾波器、遺傳算法、神經網絡算法等智能算法來提高傳感器的動態性能，取得了良好的效果。國外對六維力國

14、外對六維力/力矩力矩傳感器的研究起步較早傳感器的研究起步較早。國內外學者對六維力傳感器結構都做了大量的研究與改進，目的是提高傳感器的靈敏度和抗過載能力，減少維間耦合誤差，改善動態性能，從而更好地輔助機器人實現智能化控制。圖4.六維力/力矩傳感器發展歷史 數據來源：曹會彬，葛運建，孫玉香，王耀雄，高理富 六維力/力矩傳感器研究發展綜述,財通證券研究所 1.2 力傳感器力傳感器是是機器人實現機器人實現主動柔順控制主動柔順控制的核心部件的核心部件 六維力測量技術屬于平臺型技術六維力測量技術屬于平臺型技術，根據應用場景的環境、載荷、安裝、通訊、算力、動力學特性等需求不同，在不同的應用領域，六維力傳感器

15、的產品形態和技術特點也有較大區別。目前，六維力傳感器主要應用于汽車行業的碰撞測試、輪轂、座椅等零部件測試以及航空航天、生物力學、醫療領域、科研實驗、機器人與自動化等領域。在汽車領域汽車領域，六維力/力矩傳感器被廣泛地用在汽車部件和系統級測試、發動機和動力總成測試、車輛和試驗廠測試、總裝和最終測試。它們在確定新車和部件設計的完整性和優化方面都能發揮重要作用，同時還有助于保證效率、安全性和正確的功能。航空航天領域航空航天領域是六維力傳感器最早的重要應用領域之一，可用于測量風洞試驗、飛機、衛星、火箭等飛行器各種運動狀態下的六維力信息，通過這些信息，飛行器可以更加準確地感知環境，控制姿態，完成各項任務

16、。隨著航空航天技術的不斷發展和應用的深入，六維力和力矩傳感器還可以用于飛機制造、飛行器著陸和起飛過程的監測、機械臂控制、結構健康監測等領域。六維力傳感器的應用能夠提高航空航天系統的性能、安全性和可靠性。在醫療手術和康復領域醫療手術和康復領域，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。根據臨床場景的不同，手術機器人主要分為腔鏡機器人、骨科機器人、穿刺機器人、經自然腔道機器人、泛血管機器人等五類機器人。目前，協作機械臂+六維力傳感器的組合已廣泛應用于血管介入手術機器人、外科手術機器人、醫療檢測機器人及遠程操控機器人等;中國手術機器人行業處于早期發展階段，增長潛力較大。根據GGII預計

17、，未來3-5年，骨科機器人和泛血管手術機器人將占手術機器人市場的 20%以上。隨著技術的不斷進步和應用的深入，六維力傳感器在醫療領域的應用前景將會更加廣闊，六維力傳感器產品將逐漸成為類似應用場景中的剛需。圖5.六維力傳感器在不同領域的應用 數據來源：高工機器人公眾號,財通證券研究所 柔順控制可解決很多傳統位置控制難以解決的問題，有利于擴展機器人的功能。柔順控制可解決很多傳統位置控制難以解決的問題，有利于擴展機器人的功能。在許多交互任務中需要機器人與對象或環境發生接觸，兩者接觸時，會在接觸面之間產生相互作用力，只靠位置控制可能導致很大的誤差。由于采用位置控制的 機器人可通過結構化環境的設置，依靠

18、快速、精準的位置控制預設編程完成“固定軌跡”的任務。而在執行接觸任務時，末端執行器與規劃軌跡之間的微小偏差就可能導致機械臂與物體表面脫離接觸或在接觸面上施加過強的壓力；對于機器人的高剛性結構，微小的位置誤差可能會導致非常大的作用力甚至災難性的后果。所以為了實現交互任務，機器人需要表現出柔順性。柔順力控主要是從力傳感器獲得力信號，再將其轉化為機器人的控制信號，使機器人響應此信號而動作。人機協作要以機器人的柔順控制作為前提人機協作要以機器人的柔順控制作為前提。當與機器人產生交互的外界環境發生改變，機器人應對這種改變產生順應性變化，這就是所謂的柔順性。如讓機器人末端執行器在受到環境擾動時能保持與環境

19、的恒定接觸力，或是機器人順應操作人員施加的外部牽引力，以運動到操作人員期望的位置。柔順控制主要分為主動柔順控制和被動柔順控制。柔順控制主要分為主動柔順控制和被動柔順控制。被動柔順控制主要依靠一些機械裝置（如減震器、彈簧等）使機器人表現出對環境的柔順特性，主動柔順控制依靠控制策略令末端產生需要的剛度、阻尼或力作用以達到柔順的目的。在實際應用中，僅有少數的機器人在與環境接觸中具有非常有限的主動柔順能力。圖6.機器人柔順控制技術分類 數據來源：智星崛起公眾號,劉哲協作機器人一體化關節力矩感知與柔順控制研究,財通證券研究所(1)被動柔順控制被動柔順控制：借助某些機械裝置的物理上的柔順性，對接觸力產生被

20、動的適應。如彈簧、阻尼等構成的柔順裝置，可以靠彈簧形變吸收或者阻尼損耗機器人與環境產生接觸時產生的能量。但當前被動柔順控制方法在應用效果上仍存在著多種不足，如結構剛度降低、機器人關節的重量增長、結構的復雜性增加。在此背景之下，主動柔順控制則成為了現今研究者們開展柔順控制研究的首要方式。圖7.被動柔順控制結構 數據來源：智星崛起公眾號,財通證券研究所(2)主動柔順控制主動柔順控制：需要機器人獲取對力信息和位置信息的反饋，利用力與位置的反饋信息結合相應算法去主動控制機器人運動或者作用力。機器人實現主動柔順控制的方式主要有力/位混合控制、零力控制和阻抗控制這三種控制理論。力力/位混合控制位混合控制：

21、這種理論模型有位置反饋環和力反饋環，機器人在進行任務的過程中，可以把機器人末端執行機構的工作空間分解為位置、力兩個相互正交且獨立的子空間。在力空間內，通過力控制方法確保實際接觸力最大程度的接近期望接觸力；在位置空間內，通過位置控制方法保證機器人能夠沿期望軌跡運動，通過力和位置控制策略協同作用實現機器人對末端作用力的主動柔順控制過程。零力控制零力控制：直接示教又稱拖動示教是目前人機協作的主要方式之一，即人類操作者直接通過手動拖動機器人來進行示教任務。而零力控制便是實現機器人拖動示教的最核心技術。目前零力控制主要有兩種實現方法：基于位置的零力控制以及基于直接力矩控制的零力控制。阻抗控制阻抗控制：根

22、據機器人末端執行器的位置（或速度）和接觸力之間的對應關系，通過控制器調整位置（速度）誤差或剛度系數來控制機器人末端執行器的接觸力。阻抗控制理論根據控制原理可以分為基于位置的阻抗控制（導納控制）和基于力的阻抗控制。圖8.阻抗控制分類 數據來源：胡佳星基于力位雙反饋的協作機器人柔順控制研究,財通證券研究所 六維力六維力/力矩傳感器是機器人實現柔順化、智能化操作的關鍵傳感設備力矩傳感器是機器人實現柔順化、智能化操作的關鍵傳感設備。只具有位置反饋將難以滿足柔順控制的需要，在機器人控制中加入力反饋環節勢在必行。機器人力覺傳感器是模仿人類四肢關節功能的機器人獲得實際操作時的大部分力信息的裝置，是機器人主動

23、柔順控制必不可少的，它直接影響著機器人的力控制性能。在機器人力控解決方案中，目前應用最為廣泛的力覺傳感器就是六維力傳感器。圖9.六維力傳感器在機器人領域的應用 數據來源：高工機器人公眾號,財通證券研究所 目前，六維力傳感器主要用于檢測、預防、控制、示教、測量、保護檢測、預防、控制、示教、測量、保護等場景，通常安裝在機器人的底座或者末端底座或者末端，可以提供應用過程中的力交互信息，對于下游客戶而言有效且可靠的數據至關重要。表2.六維力傳感器在機器人領域的主要作用 作用作用 描述描述 檢測 檢測是否抓取到工件 預防 在損壞前檢測到不正常的裝配力 測量 記錄工藝過程的力反饋實時確保質量 控制 利用力

24、傳感器來引導機器人在復雜的工作環境中的過程控制 示教 手動牽引示教機器人軌跡或自動觸發確定位置 保護 安全感應可以檢測意外接觸情況下與人的接觸 數據來源：高工機器人公眾號，財通證券研究所 圖10.六維力傳感器通常安裝在機器人的底座或者末端 數據來源：高工機器人公眾號,財通證券研究所 未來，人形機器人力控技術的發展將呈現出多信息融合(觸覺、力覺和視覺等)，主要通過配備(AI、視覺、力覺傳感器等)傳感器得以實現，尤其在手腕、腳踝尤其在手腕、腳踝關關節等處更適用六維力矩傳感器節等處更適用六維力矩傳感器，這將為六維力傳感器在人形機器人領域的應用，這將為六維力傳感器在人形機器人領域的應用帶來巨大的發展空

25、間。帶來巨大的發展空間。圖11.機器人由自動化向智能化進化 圖12.在手腕、腳踝關節等處更適用六維力矩傳感器 數據來源：高工機器人公眾號，財通證券研究所 數據來源：高工機器人公眾號，財通證券研究所 表3.六維力傳感器在人形機器人領域的主要應用場景 應用場景應用場景 描述描述 力控 機器人手臂可以用于進行復雜的力控操作，比如對物品的抓取、裝配或拍打等操作，六維力傳感器可以感知機器人手臂施加在物品上的力和扭矩，以便機器人控制系統進行精密控制。擺動穩定控制 人形機器人的行走過程中需要保持平衡，此時也需要用到六維力傳感器，它可以感測機器人腳下地面反作用力，以便機器人控制系統可以調整人形機器人手臂和身體

26、的姿態。安全控制 六維力傳感器可以用于安全控制系統，以實現機器人在進行危險操作之前或者人類接近機器人時的自動停止，避免對人體造成傷害。數據來源：高工機器人公眾號，財通證券研究所 1.3 力傳感力傳感器與器與電流環電流環的區別的區別 目前市面上絕大部分執行器的力控方式分為兩種：一為電流環力控，一為傳感目前市面上絕大部分執行器的力控方式分為兩種：一為電流環力控，一為傳感器閉環力控。器閉環力控。電流環力控是一種比較容易實現的常規力控方式，主要通過調節電機內部電流大小實現力控，實現難度較低，可以實現 5%-15%精度范圍內力控；但其運動速度慢，不能反向傳動，無法滿足一些精度要求更高的場景需求，使用一段

27、時間后，機械磨損會帶來誤差，精度進一步降低。電流環適用于直驅電機(Direct DriveMotor)或者帶小減速比(Reduction Ratio 10)的應用場景，諸如小型阻抗控制的人機交互的機械臂和小型四足等。電流環電流環以以提高電流的穩定性能來提高系統性能提高電流的穩定性能來提高系統性能，是一種，是一種將輸出電流采用將輸出電流采用正反饋正反饋或或負反饋負反饋的方式接入處理環節的方法的方式接入處理環節的方法。環路間相互作用，對信號進行匯總、分析、修正，實現精準的運動控制。如下圖所示簡化機器人關節模型，通過施加外力矩引起連桿運動，此運動可以很快地傳遞到彈簧（力矩傳感器）處并繼續往后傳遞。當

28、力矩來到減速器端并嘗試推動減速器反向轉動時，由于靜摩擦力的作用，減速器無法轉動。因而需要繼續增大外力矩直至超過減速器的最大靜摩擦力，減速機轉動并推動電機轉子的運動，此時電流環才感知到外力矩。進一步，電流環通過電流反饋和辨識的動力學模型估計外力。圖13.簡化機器人關節模型 數據來源：高工機器人公眾號，財通證券研究所 電流環根據實現原理，分為開環力控和閉環力控兩類。電流環根據實現原理，分為開環力控和閉環力控兩類。開環力控直接讓機器人工作在力矩模式下，電機提供機器人運動所需的重力，摩擦力，慣性力等。這樣用戶只需很小的外力即可讓機器人按照所需的軌跡運動。閉環力控會存在如下一個力反饋回路，它通過算法估計

29、出用戶的牽引力矩，再通過阻抗控制，讓電機輸出一個輔助力矩，幫助用戶拖動機器人，完成示教工作。由于反饋回路的存在，它對機器人建模和系統辨識的精度要求較低。電流環電流環一般處在一般處在運動伺服系統運動伺服系統（三環控制系統三環控制系統）中）中最內層，最內層，向外依次為速度環和位置環，這三環構成 3 個閉環負反饋 PID（比例、積分、微分）調節系統。最內的 PID 環就是電流環，電流環是控制的根本，任何模式都必須使用。此環完全在伺服驅動器內部進行，通過霍爾裝置檢測驅動器給電機的各相的輸出電流，負反饋給電流的設定進行 PID 調節，從而達到輸出電流盡量接近等于設定電流，電流環是控制電機轉矩的，所以在轉

30、矩模式下驅動器的運算最小，動態響應最快。環路間相互作用，對信號進行匯總、分析、修正，實現精準的運動控制。環路間相互作用，對信號進行匯總、分析、修正，實現精準的運動控制。伺服電機可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速，按照位置、力矩或速度指令精確地控制機械系統運動，內嵌的編碼器將伺服電機的運動參數反饋給伺服驅動器，完成閉環控制。圖14.三環 PID控制系統示意 數據來源：ZLG致遠電子公眾號、財通證券研究所 電流環、電流環、力矩傳感器力矩傳感器/六維力傳感器六維力傳感器均是均是實現對機器人的自適應柔性控制實現對機器人的自適應柔性控制的方案。的方案。就二者對比而言，電流環其優點在于成本低，不需要額外的傳感

31、設備，而缺點在于精度較低，響應較慢，適用場景有限。力矩傳感器是性能更佳，但成本相對更高的方案。響應精度和速度上，電流環力控比力矩傳感器要低。響應精度和速度上，電流環力控比力矩傳感器要低。力矩傳感器感知中，施加在連桿上的外力能夠直接傳導到傳感器上，而電流環感知則是力矩通過傳感器后，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，電流環才能夠感知到外力矩。由于減速器的靜摩擦力，需要較大的外力，電流環才能檢測到外力變化，而力矩傳感器能夠較快的檢測到外力的變化。從應用場景來說，電流環力控更適合應用于低精度要求場景，力矩傳感器性能從應用場景來說，電流環力控更

32、適合應用于低精度要求場景，力矩傳感器性能則更為領先。則更為領先。電流環力控的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)。力矩傳感器/六維力傳感器控制精度好，感知精度高，完全獨立，控制的電流波動都能感覺到。表4.電流環力控與力矩傳感器對比 名稱名稱 電流環力控電流環力控 力矩傳感器力矩傳感器 精度 低 高 運動速度 較慢 更快 適用場景 適用于直驅電機或者帶小減速比的應用場景，如小型阻抗控制的人機交互的機械臂和小型四足等 用于人形機器人的腳掌與踝關節、機械手與腕關節之間，測量末端執行器（機械手或者腳掌）與外界環境交互的受力情況 成本 較低 較高 數據來源

33、：維科網，機器人大講堂公眾號，財通證券研究所 2 力力傳感器市場有望持續增長，歐美日韓占據傳感器市場有望持續增長，歐美日韓占據主主導導地位地位 2.1 力力傳感器市場規模超過傳感器市場規模超過150億美元，我國六維億美元，我國六維力矩傳感器市場尚小力矩傳感器市場尚小 根據 Modor Intelligence 數據，2020 年力傳感器市場價值為 151.21 億人民幣。根據 Modor Intelligence 預測，2026 年力傳感器市場價值將達到 198.49 億人民幣，2021-2026 年預測期間的復合年增長率為 4.63%。力傳感器已成為工業機器人的關鍵特性，使它們能夠與任務無關

34、并與人類一起安全地運行。這些傳感器改進了聯網嵌入式系統的監控和管理。自動化的采用已經改變了全球格局，因為這些傳感器已成為所有自動化設備的關鍵，在所有操作中提供準確性和精度。目前市場上的力傳感器產品組合在產品供應方面非常標準化。目前市場上的力傳感器產品組合在產品供應方面非常標準化。盡管市場具有滿足大量應用的潛力，但市場參與者的產品非常有限。圖15.2020-2026年全球力傳感器市場規模預測（億人民幣）數據來源：Modor Intelligence、財通證券研究所(匯率按照 1美元=7人民幣計算)數據顯示，2022 年中國市場六維力/力矩傳感器機器人行業銷量 4840 套，同比增長 62.58%

35、；2022 年中國六維力/力矩傳感器機器人行業市場規模 1.56 億元，同比增長 54.35%。目前，六維力和力矩傳感器市場基數依然偏小，尚未形成明顯規六維力和力矩傳感器市場基數依然偏小，尚未形成明顯規模效應模效應。隨著入局者的持續增加，疊加下游細分市場認知的逐年提升以及應用領域的拓展，六維力和力矩傳感器有望進入高速成長期，期間將伴隨多技術路線產品矩陣的完善、產品價格的下降以及國產化率的提升。151.21 158.28 165.70 173.45 181.57 190.07 198.49 14015016017018019020020202021E2022E2023E2024E2025E202

36、6E圖16.2017-2022 年中國力/力矩傳感器機器人行業市場銷量（套）圖17.2017-2022年中國力/力矩傳感器機器人行業市場規模（百萬元）資料來源：高工機器人產業研究所（GGII）官網，財通證券研究所 資料來源：高工機器人產業研究所（GGII）官網，財通證券研究所 0%20%40%60%80%100%120%010002000300040005000201720182019202020212022機器人行業銷量（套）同比增速0%20%40%60%80%100%020406080100120140160180201720182019202020212022機器人行業規模（百萬元）同比

37、增速 2.2 國外企業占據六維力傳感器核心市場國外企業占據六維力傳感器核心市場 多維力矩傳感器的技術壁壘較高，美日企業先發優勢明顯，國內仍處產業早期。多維力矩傳感器的技術壁壘較高，美日企業先發優勢明顯，國內仍處產業早期。因技術壁壘較高，國內可量產的企業較少，美日企業先發優勢明顯。從代表企業分布來看，全球六維力/力矩傳感器主要分為日韓品牌、歐美品牌和國產品牌三大陣營。各陣營企業呈現不同的配套特點，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 Rai

38、nbow 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。歐美地區六維力/力矩傳感器廠商可分為兩類：一類是傳統的傳感器生產商傳統的傳感器生產商，包括 ATI、Bota Systems AG、ME-Mesysteme GmbH、AMTl、Kistler 等；另一類是全球知名的機器人末端工具生產商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。受益于機器人市場需求催化，中國六維力（矩）傳感器

39、市場近年來入局者逐年受益于機器人市場需求催化，中國六維力（矩）傳感器市場近年來入局者逐年增加，但受限于該領域的高技術壁壘，真正具備批量化產品供應能力的廠商依增加，但受限于該領域的高技術壁壘，真正具備批量化產品供應能力的廠商依然偏少。然偏少。目前，國產六維力/力矩傳感器與外資主流傳感器在靈敏度、串擾、抗過載能力及維間耦合誤差等方面仍存在差距。近幾年，入局六維力/力矩傳感器領域的國產相關廠商越來越多，除了宇立儀器（SRI）之外，如坤維科技、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。其他廠商如重慶魯班機器人技術研究院、昊志機電、埃力智能等，通過自主研發

40、力傳感器技術，已經具備六維力/力矩傳感器的生產能力，部分產品型號開始進入下游用戶的驗證測試階段。表5.全球六維力/力矩傳感器主流廠商 地區地區 主流廠商主流廠商 日韓地區 Robotous、Sintokogio、WACOH-TECH、Aidin Robotics 歐美地區 ATI、OnRobot、SCHUNK、Robotiq、Bota Systems AG、Nordbo Robotics、ME-Me systeme GmbH、AMTI、Kistler 中國地區 坤維科技、宇立儀器、鑫精誠、海伯森、藍點觸控、神源生智能、瑞爾特測控、重慶魯班機器人技術研究院、昊志機電、埃力智能等 數據來源：高工機

41、器人產業研究所（GGII）、財通證券研究所 根據根據 2022 年國內市場銷量口徑看年國內市場銷量口徑看 ATI、宇立儀器、坤維科技、鑫、宇立儀器、坤維科技、鑫精誠位于第一精誠位于第一梯隊，各家梯隊，各家廠廠商下游應用的側重有所差異。商下游應用的側重有所差異。ATI 作為全球龍頭，經過多年的積累，應用面相對更廣；宇立在工業機器人磨拋行業和汽車碰撞測試行業應用更多；坤 維科技在協作機器人、醫療手術機器人、醫療檢測機器人和康復機器人域具備明顯優勢，同時其產品在航空航天領域具備行業核心競爭力；鑫精誠憑借蘋果供應商的身份已將其產品推入到 3C 行業，同時在機器人行業和醫療行業也有布局。表6.2022年

42、全球六維力/力矩傳感器市場競爭格局（按銷量劃分）梯隊梯隊 廠商廠商 第一梯隊 ATI、坤維科技、鑫精誠、宇立儀器 第二梯隊 藍點觸控、海伯森 第三梯隊 神源生、瑞爾特、重慶魯班機器人、昊志機電、埃力智能、航天四院四十四所等 數據來源：高工機器人產業研究所（GGII）官網、財通證券研究所 智研咨詢測算，2022 年海外進口拋光打磨機器人產品數量占總裝機量比例約為55.9%，近年來這一比例一直呈下降趨勢。國內廠商憑借價格優勢，以及研發創國內廠商憑借價格優勢，以及研發創新，正逐漸獲得市場話語權。新，正逐漸獲得市場話語權。（1）ATI ATI成立于 1985年，在美洲、歐洲和亞洲等地曾擁有超過 3,7

43、00名員工，2005年營業額為 22 億美元，是一家專門設計與銷售適用于個人電腦的顯示卡、圖形處理器、芯片組、機頂盒、數字電視、電子游戲機和手提式設備等的無廠半導體公司。ATI 多軸力/力矩傳感器系統測量全部六個力和力矩。系統包括一個傳感器，高柔性屏蔽電纜，智能數據采集系統，Ethernet/DeviceNet連接或F/T控制器。力/力矩傳感器被廣泛的應用與各個工業領域，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，以及神經學等其他不同的應用中。圖18.ATI力矩傳感器產品特點 數據來源：ATI 官網、財通證券研究所 表7.ATI系列產品概況 型

44、號型號 圖片圖片 最大值最大值 Fx，Fy 最大值最大值 Fz 最大值最大值 Tx，Ty Axia80-M8 150N 470N 8Nm Axia80-M20 500N 900N 20Nm Axia90-M50 1000N 2000N 50Nm Axia80-M50 1200N 2000N 50Nm Axia130-M125 2000N 4000N 125Nm Axia130-M300 4000N 6000N 300Nm 數據來源：ATI 官網、財通證券研究所 （2）ROBOTOUS ROBOTOUS 是一家位于韓國城南市的專業機器人技術公司，成立于 2004 年。公司商業領域含有機器人業務和

45、微泡業務，機器人業務涉及電容式6軸力/扭矩傳感器、國防部無人搜索車遙控系統、移動機器人平臺（自動駕駛）、機器人自動化系統、智能工廠（制藥、口罩工廠等）、其他應用產品開發（ODM、OEM）和服務?；趧撔碌?F/T 傳感器技術，ROBOTOUS 將成為智能工廠和協作機器人應用的主要傳感器供應商。ROBOTOUS 標準模型陣容將通過增加一個迷你型和兩個高扭矩容量的模型來擴大。F/T 數據分析解決方案將在靜力學、人工智能技術、用戶界面的基礎上得到加強，使公司的客戶能夠輕松、快速地使用高級 F/T 傳感器技術。ROBOTOUS 已經開始與一個協作型機器人制造商合作開發三種類型的關節扭矩傳感器。圖19.

46、ROBOTOUS產品發展進程 數據來源：ROBOTOUS官網、財通證券研究所 公司的 6 軸力扭矩傳感器（RFT 系列）提供了最精確的力和扭矩測量。由于是電容型傳感器的特性，RFT 系列是最耐用和最具性價比的傳感器，同時承諾良好的數據讀取能力。與電阻、光學等其他類型的力扭矩傳感器相比，非接觸式傳感結構具有超乎想象的抗磨損能力，并且與其他類型的傳感器不同，不需要任何繁瑣的外部信號放大設備。世界各地的許多客戶一直在自動化和研究應用中廣泛使用 ROBOTOUS 的傳感器，例如：醫療、工程、軍事、制藥等。ROBOTOUS 六軸力矩傳感器的設計可與目前市場上的大多數機器人手臂或其他類型的協作機器人配合使

47、用，無需事先進行任何修改。公司的傳感器不僅適用于制造業，也適用于醫療或康復設備，甚至適用于無人機行業。表8.ROBOTOUS 6 軸力扭矩傳感器產品概況 型號 圖片 額定容量 分辨率 過載能力 尺寸和重量 RFT80-6A02 高分辨率中型模型 400N(force)/20Nm(torque)0.08N(force)/0.004Nm(torque)300%FS 80(D)x30(H)mm、294g RFT64-6A01 高分辨率的小型模型 200N(force)/10Nm(torque)0.08N(force)/0.004Nm(torque)300%FS 64(D)x30(H)mm、175g

48、RFT60-HA01 高分辨率的小型模型 200N(force)/4.5Nm(torque)0.15N(force)/0.005Nm(torque)150%FS 60(D)x18.5(H)mm、70g RFT40-SA01 高分辨率的迷你模型 100N(force)/2.5Nm(torque)0.2N(force)/0.008Nm(torque)150%FS 40(D)x18.5(H)mm、60g RFT80-6A01 高分辨率中型模型 400N(force)/20Nm(torque)0.1N(force)/0.005Nm(torque)200%FS 80(D)x22(H)mm、226g RF

49、T64-SB01 帶防塵密封的小型型號 200N(force)/4.5Nm(torque)0.15N(force)/0.005Nm(torque)150%FS 64(D)x20(H)mm、140g RFT44-SB01 帶防塵密封圈的迷你型 100N(force)/2.5Nm(torque)0.2N(force)/0.008Nm(torque)150%FS 44(D)x20(H)mm、120g 數據來源：ROBOTOUS官網、財通證券研究所 ROBOTOUS 還設立力矩傳感器的數據解決方案。RFTDAQ-001 軟件包可以直接和同時對RFT機器人力矩傳感器的數據進行匯編和分析。這個數據集被處理

50、后，可以得到參考數據，用于機器人力矩傳感器的現場數據評估。參考數據用于與獲得的數據進行比較，以尋找數據集中的任何異常情況。這對檢驗或檢查制造過程特別有用，這在 QC/QA 工作中是不可缺少的。圖20.ROBOTOUS力矩傳感器的數據解決方案 數據來源：ROBOTOUS官網、財通證券研究所 3 國內核心國內核心力傳感器公司介紹力傳感器公司介紹 多維力矩傳感器相比于單軸力矩傳感器技術壁壘較高，多維力傳感器不僅要解決對所測力分量敏感的單調性和統一性難題外，也要解決因結構加工和工藝偏差引起的維間（軸間）擾亂難題、動靜態標定難題以及矢量運算中的解耦算法和電路實現等。業內比較知名的企業包括宇立儀器、坤維科

51、技、昊志機電、柯力傳感、漢威科技、中航電測等。(1)宇立儀器宇立儀器 宇立儀器有限公司（Sunrise Instruments，簡稱 SRI），公司主營多軸力傳感器和機器人智能力控打磨設備(六軸力傳感器/iGrinder 智能浮動磨頭/六維力傳感器/三軸力傳感器/機器人關節扭矩傳感器/多維力傳感器/機器人打磨/力控打磨/打磨拋光去毛刺），是一家集生產、研發于一體的技術密集型企業。六軸力傳感器能夠測量 FX、FY、FZ、MX、MY和 MZ。宇立儀器是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，SRI

52、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。(2)坤維科技坤維科技 常州坤維傳感科技有限公司成立于 2018 年，是一家致力于提供高精度力覺傳感器（六軸力傳感器）及力控解決方案的企業。公司主營智能力覺傳感器的研發、制造、銷售、及技術推廣，開發面向機器人及其他智能裝備行業的力覺傳感器產品，為機器人及其它智能裝備、工業過程監控、產品質量檢測、科研測試測量等領域提供力覺測量解決方案及相關產品。公司具有多年航天科研經驗，創始團隊全部來自于國內航天科研機構，團隊掌握力覺測量核心技術，具備相關產品的自主知識產權，在多軸力測量領域有大量的工程實踐經驗。公司不斷在產品

53、的研發上精益求精，憑借優秀的產品技術已獲得多項發明專利。2020 年 11 月，瀚川智能通過全資子公司蘇州瀚海皓星投資管理有限公司入股常州坤維傳感科技有限公司。截至目前，瀚川智能對常州坤維傳感科技有限公司的持股比例達 4.56%。(3)昊志機電昊志機電 廣州市昊志機電股份有限公司成立于 2006 年，是一家專業從事中高端數控機床、機器人、新能源汽車核心功能部件等的研發設計、生產制造、銷售與維修服務的國家高新技術企業。昊志機電秉承“立足自主技術創新、服務全球先進制造”的發展戰略，逐步發展成為國內外主軸專業領域中研產銷規模最大的企業之一，電主軸領域全球市場占有率第一，公司立足主軸行業，借助在研發、

54、制造、客戶、品牌等方面的積累，穩步向數控機床和工業機器人等高端裝備的核心功能部件領域橫向擴張，目前產品涵蓋PCB鉆孔機/成型機/劃片機電主軸、數控金屬/玻璃雕銑機電主軸、數控車床主軸/電主軸、走芯車床電主軸、直結與皮帶式機械主軸、加工中心電主軸、鉆攻中心電主軸、高速內/外圓磨床主軸等數十個系列上百種產品。昊志機電擁有一批經驗豐富、銳意創新的科技型人才隊伍，研發人員 380 余人，具備優異的創新水平、研發實力和競爭力，近三年平均研發投入占營收比重的 8%以上，截止 2021年 12月 31日，公司及境內子公司合計擁有專利 514項，公司收購的 Infranor集團擁有主要專利共計 55項。公司具

55、備完善、齊全的各類高端實驗室，包括：理化實驗室、軸承實驗室、測量實驗室、電機實驗室、綜合性能實驗室、切削實驗室、直線電機實驗室、減速機實驗室等。(4)柯力傳感柯力傳感 寧波柯力傳感科技股份有限公司（以下簡稱“柯力傳感”）成立于 1995 年，位于寧波市江北區投資創業園區，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，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。主要研制和生產各類物理量傳感器、稱重儀表、電子稱重系統、工業物聯網系統成套設備，提供不停車檢測系統、建筑機械物聯網（含干粉砂漿）、無人值守一卡通、智能物流設備物聯網、環保設備物聯網、智能消費設備物聯網、畜

56、牧業物聯網、車載物聯網、港機及海洋工程裝備物聯網等工業物聯網系統及場景應用解決方案，同時提供專業的物聯網軟件定制服務，建有“稱重設備數據中心”、物聯網實驗中心及 26 個實驗室?？铝鞲性陔娮钁兪絺鞲衅鞣e累深厚，具有拓展至機器人力矩傳感器新藍海市場的潛力。公司為應變式力傳感器龍頭，根據華經產業研究院數據，預計 22 年中國應變式傳感器產量及需求量分別達到 1122.6/1211.2 萬只?？铝鞲?2022 年應變式傳感器產量為 336.7 萬只，市占率達 30%。應變式傳感器精度高、技術成熟成本低、測量范圍廣，有望在機器人力矩傳感器中使用?？铝鞲凶鳛閲鴥入娮钁兪絺鞲衅鼾堫^，產品囊括 1

57、7 個品類，其中包括兩款扭矩傳感器?？铝?感在電阻應變式傳感器有較深厚積累，有進入機器人力矩傳感器新藍海市場的潛力。(5)漢威科技漢威科技 漢威科技集團股份有限公司于 1998 年 09 月 11 日成立。公司經營范圍包括：研究、開發、生產銷售電子傳感器；電子監控技術開發；研究、開發、生產、銷售檢測儀器及控制系統、機械電器設備等。漢威科技戰略眼光較為前瞻，2016 年以來通過股權收購，累計持有蘇州能斯達 56.5%股權。通過股權控制，公司掌握了 4大核心技術、7大產品系列，以及一條 1000 萬支柔性傳感器的印刷線和組裝線。產品下游應用廣泛，機器人領域導入推進中。漢威科技目前下游應用主要圍繞

58、消費電子、IOT 和醫療健康領域。機器人應用方面，蘇州能斯達研發的多模態柔性微納傳感器能很好的實現人與機器的識別、反饋、交互功能。(6)中航電測中航電測 中航電測為國內智能軍民用智能測控龍頭。公司是主導生產電阻應變計、傳感器、電子衡器、汽車安全檢測線、人造寶石及其晶體制品和扭矩扳子為一體的多元化現代企業。公司擁有國際水平的設計能力、接近國際水平的工藝裝備及工藝制造技術，在國內中高端應變計和傳感器市場占據主導地位；公司還被認定為“陜西省高新技術企業”，產品被評為“陜西省名牌產品”。公司生產的產品行銷歐洲、亞洲、南美洲和北美洲，成為中國國內最大的衡器部件生產企業，是世界上電阻應變計、稱重傳感器最大的供貨商之一。2018-2021 年，中航電測的營業收入、歸母凈利分別從 13.88/1.56 億元增長至19.43/3.07 億元，期間 CAGR 分別達到+11.85%/+25.26%。2022 年中航電測受到乘用車檢測行業政策調整影響，并加大研發投入，營收、凈利潤有下滑。中航電測具有多款應變片、壓力傳感器、扭矩傳感器。根據中航電測 2022 年年報披露，中航電測傳感控制業務開始進軍機器人業務，未來有望受益人形機器人產業鏈對于力傳感器的需求放量。