招商证券-机器人行业系列研究报告(八)-六维力传感器是高精密力控刚需,人形机器人催生新需求-240116

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证券研究报 | 行业深度报告
2024 01 16
推荐(首次
机器人系列报告(八)
中游制造/机械
本篇报告从产品、市场需求、竞争格局、人形机器人的应用等角度分析了六维
/力矩传感器行业。六维力/力矩传感器能够帮助机器人实现精密、复杂操作
产品本身具有复杂性高、解耦难度大的特点,下游应用广泛定制化属性明显,
目前市场空间较小,国内外企业体量均较小。人形机器人有望带来百亿级的增
量市场,核心需求是量产时产品的一致性和稳定性,行业处于发展早期,未来
有望持续突破,给予行业“推荐”评级。
六维力/力矩传感器是实现复杂、精密作业的刚需。/力矩能够
同时测量三维空间坐标系(OXYZ)内的三个力(FxFyFz)和三个力矩
MxMyMz),是精密度最高的一类力传感器。在复杂、精细作业场景
下,机器人末端工具或工件与外界环境的接触力需要被精确地感知,以保证
机器人作业质量,此时六维力/矩传感器成为必不可少的选项。
六维力/力矩传感器的主要难点在于解耦难度大。
1 几乎所有多维力传感器都存在不可消除的维间耦合了从结构上尽
可能降低耦合,往往会设计复杂的机械本体结构,导致很难用经典力
学知识来建立精确理论模型,给感知系统的建模、信息获取与处理带
来困难。
2 部分耦合有非线性的特征,然目前已有一系列能有效消除维间耦合
的非线性解耦方法(即算法解耦),但往往比较复杂,而且计算量很
大,所需计算时间较长,给实时检测带来限制。
3 传统的感知系统都基于简化的模型或者设计师的经验来进行设计
维差异性显著,很难达到精度一致
4 为进行准确的标定,需要用到六维联合加载设备,六维联合加载设备
非标性强,一般是传感器企业自研自产,制造成本昂贵,壁垒高
下游应用广泛,产品定制化属性明显,市场空间较小。下游主要包括机器人
与自动化,汽车行业,医疗手术和康复领域,航天航空领域等;各个下游所
要求的量程、分辨率、精度、温漂等具体性能不同,需要进行针对性的设计
研发,因此定制化程度较高。据高工机器人产业研究所(GGII)数据,2022
年中国市场六维力传感器销量为 8360 ,其中机器人行业销量4840 套。
按均价 2~3 万元,2022 年中国六维力传感器市场规模约 2亿元。单价昂
贵是六维力/力矩传感器无法大批量使用的主要原因
竞争格局:国内以初创公司为主,下游侧重点不同,收入体量较小;海外企
业主要领先在产品丰富性和项目经验上,覆盖的下游更全面,但整体收入体
量也较小,没有拉开难以逾越的差距。
人形机器人有望带来百亿增量市场。形机器人中,六维/力矩传感器主要
用在手腕2个)脚腕2个)。关节力控主要用一维传感器,其中旋转
节在减速机外部放置一个力矩传感器,直线关节使用一个拉压力传感器,一
共需要 28 个。因此,100 万台人形机器人对应的六维力/矩传感器需求量为
4*100 =400 万套,一维力/力矩传感器需求量为 28*100 =2800 万套,在
这一需求量级下,六维力/力矩传感器的价格有望出现十倍级的下降,原因
bom 成本和摊销成本进一步降低、批量生产的标品有可能实现自动化。假
行业规模
占比%
股票家数(只)
466
9.2
总市值(十亿元)
3406.9
4.6
流通市值(十亿元)
2782.0
4.3
行业指数
1m
6m
12m
-4.0
-11.5
-2.7
0.2
3.0
15.5
资料来源:公司数据、招商证券
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2023-11-23
胡小禹
S1090522050002
huxiaoyu1@cmschina.com.cn
鄢凡
S1090511060002
yanfan@cmschina.com.cn
梁程加
S1090522060001
liangchengjia@cmschina.com.cn
王超
S1090514080007
wangchao18@cmschina.com.cn
吴洋
S1090523080001
wuyang2@cmschina.com.cn
朱艺晴
研究助理
zhuyiqing@cmschina.com.cn
方嘉敏
研究助理
fangjiamin@cmschina.com.cn
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0
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(%)
机械
沪深300
六维力传感器是高精密力控刚需,人形机器人催生新需求
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行业深度报
设量产后六维力价格降低2000 一维力价格降低至 100 元,台人形机
器人对力传感器的需求=2000*4+100*28=10800 元,百万台人形机器人对应
的市场空间108 亿元
人形机器人的核心诉求在产品一致性和稳定性,有望促进六维力/力矩传感器
从少量定制走向批量标品。维力/力矩传感器本身结构复杂,因此量产情况
下,保持一致性和稳定性的难度较高,目前销售模式以小批量定制的项目制
为主,而人形机器人需要的是性能稳定、可批量生产的标品,我们认为,六
维力/力矩传感器在人形机器人上能否得到大规模应用的关键在于能否提高
产的一致性和稳定性,这也是我们判断相关公司是否有望胜出的重要标准
相关上市公司:柯力传感(电子)、东华测试(通信)、中航电测(军工)
风险提示:宏观经济周期性波动风险、新兴应用产业化进度不及预期、市场
竞争加剧。
XVOWrPsNnRmRtPoPsRuMwPbRbPaQoMoOpNqMiNnNqOkPmNpMaQmNsPwMpPsPxNsOqN
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行业深度报
正文目录
一、 维力/力矩传感器是精密力控的刚需 .................................................... 5
二、 品特点:复杂性高、解耦难度大 ......................................................... 7
三、 形机器人是未来最重要下游 ...............................................................12
1 下游多,定制化程度高,市场空间小 ......................................................12
2 竞争格局:国内主要玩家以初创公司为主,下游各有侧重 ......................13
3 人形机器人有望带来百亿增量市场,促进多维力传感器从少量定制走向批量标15
四、 要上市公司 .......................................................................................17
1 柯力传感(电子):国内称重传感器龙头,拓展机器人领域力传感器 .......17
2 东华测试(通信):国内结构力学性能测试系统龙头,切入多维力传感器 18
3 中航电测(军工):应变式力传感器全产业链制造商,产品品类丰富 .......19
五、 险提示 ..............................................................................................20
图表目录
1:机器人柔顺控制技术分类 ...................................................................... 5
2:一维、三维、六维力传感器测量对比 .................................................... 6
3:六维力传感器通常安装在机器人末端 .................................................... 6
4:六维力传感器应用场景图 ...................................................................... 7
5:六维力传感器弹性体结构与贴片位置 .................................................... 7
6:六维力传感器机械结 ......................................................................... 7
7:电阻应变式六维力传感器力/力矩信息检测原理 ..................................... 7
8:应变片主要构造 .................................................................................... 8
9:惠斯顿电桥的分类 ................................................................................ 8
10:精度和准度示意图 .............................................................................. 9
11:六维力传感器祸合干扰示例 ................................................................ 9
12:不同结构的弹性体示意 ...................................................................10
13:六维力传感器标定流程 ...................................................................11
14:一维加载设备示例 .............................................................................11
15:六维联合加载设备示例 ......................................................................11
162017-2027 年中国六维力/力矩传感器市场销量及预测(套,% .......13

标签: #机器人

摘要:

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