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“人形机器人”浪潮下,六维力传感器赛道崛起!国产厂商各显神通

文章作者:作者 人气:发表时间:2023-09-21 08:52:35

从市场到资本,目前中国智能机器人产业已开始爆发,根据麦肯锡预测,长期来看,全球人形机器人市场空间可达120万亿级别,是一个崭新且空间庞大的蓝海市场。据艾瑞咨询预测,2021年到2025年国内智能机器人市场规模的年平均复合增长率将达到40%,2025年中国智能机器人市场规模接近千亿。

多家证券公司研报认为,传感器是机器人重要组成部分,价值量或仅次于关节模组。传感器市场高增长率表明机器人对于传感器有强烈需求。触觉感知,是机器人高度智能化的标志之一,随着人形机器人阶段性成果的涌现,一个一直以来不太受关注的领域——力传感器,准确来说分为两个核心产品:六维力/力矩传感器和关节力/扭矩传感器受到众多关注,业内的普遍观点是一台人形机器人将需要至少4个六维力传感器和数十个关节力/扭矩传感器。

高端传感器国产率有望扩大

“人形机器人”浪潮下,六维力传感器赛道崛起!国产厂商各显神通

人形机器人,传感器的新机会。人形机器人需要用到多种传感器,包括力矩传感器,拉压力传感器、编码器、温度传感器、六力传感器和惯导传感器等。其中,惯导传感器(IMU)是实现人形机器人姿态控制的核心,六力传感器是力控、摆动稳定控制的核心,可精准测量随机变化的力。随着人形机器人产业的扩张,有望带动传感器行业进一步扩容。

全球传感器市场规模超万亿,我国高端传感器仍处于起步阶段。传感器行业龙头以海外公司为主,如安森美、基恩士、应美盛等,这类公司在其细分传感器赛道收入规模高、市占率高。我国企业普遍规模较小,成长空间大。

国内企业积极布局高技术传感器领域,顺应行业浪潮打破海外龙头垄断。我国传感器相关企业与海外龙头相比普遍规模偏小,但仍然涌现出来一批如芯动联科、汉威科技等掌握了核心技术的传感器企业。同时这些企业积极布局人形机器人相关传感器领域,把握时代机遇,有望顺应时代潮流进一步扩大高端传感器国产化率。

传感器是机器人重要组成部分,价值量或仅次于关节模组。根据YOLE数据,2015-2021年无人机及机器人传感器市场从3.51亿美元增长至7.09亿美元,复合增长率高达12.4%,其中光学传感器占比达74%。

传感器市场高增长率表明机器人对于传感器有强烈需求。机器人传感器可以分为内部传感器和外部传感器,其中内部传感器主要用于测量机器人自身状态,以实现独立行走、动态平衡、一般肢体动作等;外部传感器模仿人类感官,包括视觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉、接近觉等传感器。

通常来说,关节模组是人形机器人价值量占比最高的环节,占比一般在40%以上,我们通过梳理人形机器人传感器的可能应用位置与数量,推测人形机器人传感器价值量占比或仅次于关节模组。

六维力/力矩传感器

“人形机器人”浪潮下,六维力传感器赛道崛起!国产厂商各显神通

六维力/力矩传感器是能够同时检测出空间六维力信息的传感器,可实现三个力和三个力矩的高精度测量,从下游行业来看,六维力/力矩传感器主要应用于机器人、汽车、航空航天等行业,主要包含打磨、精密装配、医疗、特种作业、测试等涉及接触操作、需要多维力感知的场景,其中,机器人领域的应用超过50%,是六维力/力矩传感器的核心应用领域。

六维力/力矩传感器其实并不是什么新鲜的产品,早在2008年便有相关产品问世,整体市场规模一直处于稳步增长状态,但增量无几,背后的原因有两点:一是产品生产技术难度大,调试时间长,生产效率低,价格昂贵;二是力控算法以及基于力控场景工艺算法等技术存在堵点,导致下游需求乏力,始终未能形成规模化出货。

据MIR睿工业调查,2022年六维力/力矩传感器在中国的销量在6000台左右,市场规模不到2亿元。2020年以来,六维力/力矩传感器一直维持稳定微量增长状态,但随着人形机器人技术的成熟落地,整体市场规模会迎来飞速发展,在充分调研和参考特斯拉人形机器人发展规划以后,MIR发现无论从人形机器人本身还是其各类零部件发展情况来看,未来1-2年内人形机器人实现批量落地可能性较低。MIR预测2026年人形机器人将会实现小批量落地,随后迎来高速发展,MIR预测2029年后六维力/力矩传感器市场规模将达到数十亿元。

六维力/力矩传感器行业的发展路径和一众高科技产业相同,由欧美国家催生发展相关技术,中国则由国家政策引导,加上庞大的市场基础追赶,逐步推进国产替代,近年来也涌现了蓝点触控、宇立等一批优质的国产企业。历经数年追赶,六维力/力矩传感器国产头部厂商在串扰、温漂等方面的核心指标基本可以对标国外厂商,甚至在部分产品系列出现了进口品牌追踪国产品牌的情况,在这一前提下,外加庞大的工业体系和下游市场,国产力传感器厂商一定会是人形机器人下的主力军。

针对国内市场,MIR以技术能力和出货量两个维度综合考量,认为美国ATI、宇立仪器、蓝点触控、坤维科技目前属于行业第一梯队,具体表现在三个方面:①进入行业相对较早,技术较为成熟,产品性能优越,准度误差均能做到小于1%,且可进行产品迭代升级;②都具备一定的批量化生产和出货能力;③市占率位于行业前列,四家厂商出货占整个行业出货量50%以上。

前文提到,六维力传感器价格十分昂贵,一般来说,外资产品单个产品均价在4万左右,国产均价也在两万元以上,但其成本一般只有数千元,利润率较高,这与人形机器人的降本方向无疑是相悖的。对六维力/力矩传感器来说,拥抱人形机器人,降价将是未来数年市场的主旋律之一,2年内单个产品价格下降至5000元以内是完全可能的。据MIR相关调研,未来数月,六维力传感器将迎来第一波降价潮,行业也将迎来新一轮的洗牌。

部分国产六维力传感器企业情况概览

“人形机器人”浪潮下,六维力传感器赛道崛起!国产厂商各显神通

坤维科技:航天级技术赋能民用级产品

坤维科技是一家致力于提供高精度力觉传感器(六轴力传感器)及力控解决方案的企业,其主营产品为多维力传感器。根据高工机器人调研,坤维科技六维力传感器的核心优势在于产品技术来源于航天军工领域。

据坤维科技创始人熊琳介绍,其创始团队核心成员均来自中国航天科技集团第11研究院,坤维科技六维力传感器技术最开始应用在火箭、导弹等高速飞行器的空气动力学性能参数测试,相比于海外AXI、Oxrobot等厂商在国内销售的民用级竞品,坤维科技的六维力传感器技术具有明显优势。从市场布局来看,未来坤维科技六维力传感器将主攻协作机器人、服务机器人及人形机器人市场,同时拓展医疗市场和运动健康市场。

宇立仪器:从汽车碰撞假人到机器人打磨

宇立仪器是集研发、生产为一体的技术密集型企业,其扎根力矩传感器领域,主营产品覆盖从一维力传感器到六维力传感器,共计9大系列,300多个型号。从应用领域来看,最开始,宇立仪器是靠汽车碰撞假人领域起家。由于国产高端传感器性能的欠缺,汽车碰撞假人领域一直被国外品牌垄断。2007年,宇立仪器成为我国为数不多具有汽车碰撞假人多轴力传感器生产能力的企业,与上汽、大众等车企合作,让汽车假人碰撞行业脱离了美国Humanetics品牌的垄断格局,拥有其他选择。

目前,宇立仪器六维力传感器已拓展到机器人打磨领域,其与ABB公司合作研发了十大系列的六轴力传感器和智能浮动磨头,同时,宇立仪器与KUKA公司合作推出了力控打磨集成应用包KUKA ready2_grinding,该应用包集成了力传感器、位移传感器和倾角传感器,能实时感知打磨力、浮动位置和磨头姿态等参数,能自动补偿机器人打磨姿态。

海伯森技术:实现多场景落地

海伯森技术是一家集力学、光学、机械、电子、算法技术综合于一体提供高端智能的传感器厂商,其主营产品包括3D闪测、高速工业相机等多类型的视觉传感器和六维力传感器。据海伯森董事长王国安介绍,其视觉传感器产品销售占比较多,而六维力传感器产品的销售仅占总销售量的15%左右,尽管存在客户同时需要六维力传感器和视觉两类传感器的情况,但海伯森很少出售解决方案,以售卖标准品为主。

王国安认为,目前六维力传感器的应用场景较为分散,卫浴行业、金属加工行业以及精密工件组装都会用到。因此目前,海伯森六维力传感器的下游市场涵盖了3C电子、工业自动化、精密工件检测、医疗、科研等行业。

鑫精诚传感器:3C起家,成本可控

鑫精诚科技有限公司(以下简称“鑫精诚传感器”)专注于微型压力、称重、多轴力、扭力等多样化智能传感器及控制仪表的工业级产品研发和创新。

鑫精诚传感器早年从3C行业起家,已获得苹果、富士康、华为等大型客户订单。目前,鑫精诚传感器产品涉及3C自动化设备、精密医疗、农业、新能源锂电、机器人、半导体、航空铁路等多个领域。2022年,鑫精诚传感器六维力传感器客户仍集中在手机等3C行业,其优势主要是成本可控,目前一套传感器+数据采集卡+软件,均价仅1.3-1.5W/套。另外,据鑫精诚传感器内部人员介绍,2022年公司营收超1亿元。

神源生智能:研发团队来自南航

南京神源生智能科技有限公司(以下简称“神源生智能”)致力于力测试技术的研究及其产业化,主营产品包括多维力传感器、扭矩传感器、摩擦磨损试验机、测力平台、刚度仪等,已应用于航空航天、机器人、自动化、教科研等行业。据神源生智能内部人士介绍,公司研发团队来自南航,公司全部产品除芯片是进口外,均为国产研发。神源生智能商业计划书数据显示,其六维力传感器产品覆盖从1N到100MN的超大量程范围,同时具备1%超低耦合,稳定可靠。

瑞尔特测控:性价比高,应用领域垂直

瑞尔特测控有限公司(以下简称“瑞尔特测控”)是一家高端力控、称重系统方案供应商,其核心产品包括压力、测力、拉力传感器。瑞尔特测控团队规模精简,根据爱企查《常州瑞尔特测控系统有限公司2021年度报告》显示,2021年,瑞尔特测控实际参保人数仅有26人。另外公司官网显示,目前瑞尔特测控研发团队4人,质检5人。

埃力智能:扎根运动健康领域

安徽埃力智能科技有限公司(以下简称“埃力智能”)致力于运动生物力学领域的设备研发生产,其主营产品包括压力分布、表面肌电仪、测力台、六维力传感器和坐站走一体化步态与平衡评估训练系统,产品主要服务医疗健康、体育运动领域。从产品应用角度来看,其产品六维力传感器主要应用在康复机器人领域及上下肢外骨骼机器人协作中。从资本角度看,2021年初,专注医疗健康领域的上海傅利叶智能科技有限公司收购了在传感器领域拥有近20年研发经验的埃力智能,此举或将加速医疗健康领域迈入智能康复 2.0时代。