力传感器是力控的关键部件，六维力传感器测量信息最为全面精准。力觉传感器，顾名思义就是感知并度量力的传感器。按照测量维度，力觉传感器可以分为一至六维力传感器。六维力传感器，又叫六维力/力矩传感器、六轴力传感器、F/T传感器，是一种特殊的力传感器，能够同时测量中性坐标系（OXYZ）内的三个力（FX、FY、FZ）和三个力矩（MX、MY、MZ），六维力传感器是维度最高的力觉传感器，它能给出最为全面精准的力觉信息。目前，六维力传感器主要应用于汽车行业的碰撞测试、轮毂、座椅等零部件测试以及航空航天、生物力学、医疗领域、科研实验、机器人与自动化等领域。力觉传感器是机器人主动柔顺控制必不可少的部件，它直接影响着机器人的力控制性能。在机器人力控解决方案中，目前应用最为广泛的力觉传感器就是六维力传感器。电流环在响应精度和速度上均低于力传感器，适用场景有限，力传感器性能更好，成本也更高。
　　力传感器市场有望持续增长，欧美日韩占据主导地位。2020年力传感器市场价值为151.21亿元，根据Modor Intelligence预测，2026年力传感器市场价值将达到198.49亿元，2021-2026年预测期间的复合年增长率为4.63%。2022年中国市场六维力/力矩传感器机器人行业销量4840套，同比增长62.58%；2022年中国六维力/力矩传感器机器人行业市场规模1.56亿元，同比增长54.35%。目前，六维力和力矩传感器市场基数依然偏小，尚未形成明显规模效应。因技术壁垒较高，国内可量产的企业较少，美日企业先发优势明显。从代表企业分布来看，全球六维力/力矩传感器主要分为日韩品牌、欧美品牌和国产品牌三大阵营。日韩典型品牌包括Robotous、Sintokogio、WACOH-TECH等，欧美典型品牌包括ATI、OnRobot、SCHUNK等。国产六维力/力矩传感器与外资主流传感器在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距，但是发展迅速，国内品牌包括宇立仪器（SRI）、坤维科技、鑫精诚、海伯森、蓝点触控、昊志机电、神源生智能、瑞尔特测控等，根据2022年国内市场销量口径看ATI、宇立仪器、坤维科技、鑫精诚位于第一梯队，各家厂商下游应用的侧重有所差异，而柯力传感、汉威科技、中航电测等在一维、二维力传感器领域具有领先地位。
　　投资建议：力传感器是机器人主动柔顺控制必不可少的部件，它直接影响着机器人的力控制性能。在机器人力控解决方案中，六维力传感器是目前应用最为广泛的力觉传感器，随着人形机器人的逐步放量，力传感器和六维力矩传感器有望快速增长。建议关注国内技术水平较高的力传感器制造商，包括宇立仪器、坤维科技、昊志机电、柯力传感、汉威科技、中航电测等。
　　风险提示：特斯拉人形机器人量产进展不及预期。国内技术水平提升进展不及预期。下游需求出现较大波动。

研究报告全文：机械设备行业深度分析报告20231006力传感器深度研究报告证券研究报告投资评级看好维持力传感器是力控的关键部件国内企业正逐最近12月市场表现步替代外资机械设备沪深300核心观点上证指数24力传感器是力控的关键部件六维力传感器测量信息最为全面精准18力觉传感器顾名思义就是感知并度量力的传感器按照测量维度力觉传12感器可以分为一至六维力传感器六维力传感器又叫六维力力矩传感器6六轴力传感器FT传感器是一种特殊的力传感器能够同时测量中性坐0标系OXYZ内的三个力FXFYFZ和三个力矩MXMY-6MZ六维力传感器是维度最高的力觉传感器它能给出最为全面精准的力觉信息目前六维力传感器主要应用于汽车行业的碰撞测试轮毂座椅等零部件测试以及航空航天生物力学医疗领域科研实验机器人与分析师佘炜超自动化等领域力觉传感器是机器人主动柔顺控制必不可少的部件它直接SAC证书编号S0160522080002shewcctseccom影响着机器人的力控制性能在机器人力控解决方案中目前应用最为广泛的力觉传感器就是六维力传感器电流环在响应精度和速度上均低于力传感分析师刘俊奇器适用场景有限力传感器性能更好成本也更高SAC证书编号S0160523060002liujqctseccom力传感器市场有望持续增长欧美日韩占据主导地位2020年力传感联系人孙瀚栋器市场价值为亿元根据预测年力传感器sunhdctseccom15121ModorIntelligence2026市场价值将达到19849亿元2021-2026年预测期间的复合年增长率为4632022年中国市场六维力力矩传感器机器人行业销量4840套同比增长62582022年中国六维力力矩传感器机器人行业市场规模156亿元相关报告1精密减速器行业深度报告2023-同比增长5435目前六维力和力矩传感器市场基数依然偏小尚未形成09-05明显规模效应因技术壁垒较高国内可量产的企业较少美日企业先发优2IMU行业深度研究报告2023-势明显从代表企业分布来看全球六维力力矩传感器主要分为日韩品牌08-24欧美品牌和国产品牌三大阵营日韩典型品牌包括3空心杯电机行业深度研究报告RobotousSintokogio2023-08-10WACOH-TECH等欧美典型品牌包括ATIOnRobotSCHUNK等国产六维力力矩传感器与外资主流传感器在灵敏度串扰抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距但是发展迅速国内品牌包括宇立仪器SRI坤维科技鑫精诚海伯森蓝点触控昊志机电神源生智能瑞尔特测控等根据2022年国内市场销量口径看ATI宇立仪器坤维科技鑫精诚位于第一梯队各家厂商下游应用的侧重有所差异而柯力传感汉威科技中航电测等在一维二维力传感器领域具有领先地位投资建议力传感器是机器人主动柔顺控制必不可少的部件它直接影响着机器人的力控制性能在机器人力控解决方案中六维力传感器是目前应用最为广泛的力觉传感器随着人形机器人的逐步放量力传感器和六维力矩传感器有望快速增长建议关注国内技术水平较高的力传感器制造商包括宇立仪器坤维科技昊志机电柯力传感汉威科技中航电测等请阅读最后一页的重要声明行业深度分析报告证券研究报告风险提示特斯拉人形机器人量产进展不及预期国内技术水平提升进展不及预期下游需求出现较大波动表1重点公司投资评级总市值收盘价EPS元PE代码公司投资评级亿元09282022A2023E2024E2022A2023E2024E603662柯力传感91223229092114142178628222279未覆盖300007汉威科技54451669085107106198815621575未覆盖300114中航电测2549143150330420523109101698330未覆盖数据来源wind财通证券研究所谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准2行业深度分析报告证券研究报告内容目录1力传感器是力控的关键部件六维力传感器测量信息最为全面精准511六维力传感器是维度最高的力觉传感器512力传感器是机器人实现主动柔顺控制的核心部件813力传感器与电流环的区别142力传感器市场有望持续增长欧美日韩占据主导地位1621力传感器市场规模超过150亿美元我国六维力矩传感器市场尚小1622国外企业占据六维力传感器核心市场183国内核心力传感器公司介绍234投资建议265风险提示26图表目录图1一维三维和六维力传感器对比6图2六维力传感器6图3不同感力原件的力觉传感器对比7图4六维力力矩传感器发展历史8图5六维力传感器在不同领域的应用9图6机器人柔顺控制技术分类10图7被动柔顺控制结构11图8阻抗控制分类12图9六维力传感器在机器人领域的应用12图10六维力传感器通常安装在机器人的底座或者末端13图11机器人由自动化向智能化进化13图12在手腕脚踝关节等处更适用六维力矩传感器13图13简化机器人关节模型15图14三环PID控制系统示意15图152020-2026年全球力传感器市场规模预测亿人民币17图162017-2022年中国力力矩传感器机器人行业市场销量套17图172017-2022年中国力力矩传感器机器人行业市场规模百万元17谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准3行业深度分析报告证券研究报告图18ATI力矩传感器产品特点19图19ROBOTOUS产品发展进程21图20ROBOTOUS力矩传感器的数据解决方案22表1不同类型六维力力矩传感器原理及优缺点7表2六维力传感器在机器人领域的主要作用13表4电流环力控与力矩传感器对比16表5全球六维力力矩传感器主流厂商18表62022年全球六维力力矩传感器市场竞争格局按销量划分19表7ATI系列产品概况20表8ROBOTOUS6轴力扭矩传感器产品概况22谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准4行业深度分析报告证券研究报告1力传感器是力控的关键部件六维力传感器测量信息最为全面精准11六维力传感器是维度最高的力觉传感器力觉传感器顾名思义就是感知并度量力的传感器按照测量维度力觉传感器可以分为一至六维力传感器能测几个维度它就是几维力传感器最常见的是一维三维和六维力传感器二维和五维的力传感器较少1一维力传感器如果力的方向和作用点是固定的此时可以选择用一维力传感器进行测量我们可以通过安装定位使被测量力F的方向完全与标定坐标轴OZ轴重合这样就可以对力进行精确测量代表产品有称重传感器压力传感器等当力的方向与传感器的测量轴线平行但不重合此时传感器的测量结果将会出现较大的误差2三维力传感器如果力F的作用点P始终与传感器的标定参考点O保持重合力F的方向在三维空间中随机变化那么用三维力传感就能完成测量任务因为被测量的力可以分解为三维力传感器标定坐标系下的三个正交分量FxFyFz三维力传感器的三个测量单元可以分别对其进行测量当力的作用点远离传感器这个力在经过正交分解并平移至三维力传感器的校准中心后传感器既要承受力FxFyFz三分量的作用又要承受MxMyMz三个弯矩的作用这种情况下三维力传感器的测量结果将会出现较大偏差3六维力传感器如果力的方向和作用点都在三维空间内随机变化此时应该选择用六维力传感器进行测量因为空间中任意作用点上的力可以在六维力传感器的标定坐标系内分解为沿标定坐标轴的三方向分力FXFYFZ和绕标定坐标轴的三方向力矩MXMYMZ这类传感器更适用于参考点的距离较远且随机变化情景测量精度要求较高谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准5行业深度分析报告证券研究报告图1一维三维和六维力传感器对比数据来源坤维科技公众号财通证券研究所六维力传感器是维度最高的力觉传感器它能给出最为全面精准的力觉信息六维力传感器又叫六维力力矩传感器六轴力传感器FT传感器是一种特殊的力传感器能够同时测量中性坐标系OXYZ内的三个力FXFYFZ和三个力矩MXMYMZ六维力传感器一般分成固定端机器人端和加载端工具端传感器的内部算法会解耦各方向力和力矩间的干扰使力的测量更为精准图2六维力传感器数据来源宇立仪器官网财通证券研究所根据传感元件的不同六维力力矩传感器主要分为应变片式光学式以及压电电容式目前市场应用的六维力力矩传感器大部分是基于应变式的测量基于压电电容和光学等原理测量的传感器有一定的理论研究和实验下游尚未得到广泛应用每种类型的六维力传感器都具有其独特的优点和适用范围随着谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准6行业深度分析报告证券研究报告相关研究的不断深入不同测量机理的传感器将会发挥自身优势被应用到各种场合进而推动六维力传感器向多元化方向发展表1不同类型六维力力矩传感器原理及优缺点传感元件类型原理优点缺点精度高技术成熟生产工艺复杂通常采用的是硅应变片或金属箔本质是应变片式测量范围广成本低金属箔式应变计输出材料本身发生形变进而转化为阻值变化频响特性好微弱可靠性高对测试环境要求高光学式通过光纤光栅反映形变再转化成力测量范围广刚性偏弱抗电磁干扰能力强高灵敏度和高分辨率电容是通过极距的变化导致电压变化压调理电路复杂压电电容式频率范围宽结构简单电则是通过形变改变电荷信号漂移难以抑制环境适用性强数据来源高工机器人公众号财通证券研究所经过对稳定性刚度动态特性成本与信噪比五个维度的比较硅应变传感器综合性能优异硅应变片的稳定性信噪比动态特性要好于金属应变片刚度上两者差异不大成本上金属略优但这几年硅应变片的工艺有了提升和改进综合成本也在大幅降低图3不同感力原件的力觉传感器对比数据来源leaderobot公众号财通证券研究所六维力力矩传感器的研发难度非常大它不是三个一维力传感器和三个扭矩传感器结构的简单叠加它的非线性力学特征明显要考虑多通道信号的温漂蠕变交叉干扰数据处理的实时性再加之六维联合加载标定的复杂性六维力传感器的技术难度可谓是一维力传感器难度的六次方谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准7行业深度分析报告证券研究报告六维力传感器面临两个关键技术问题全方位机械过载保护和动态性能机械过载保护是指作用到传感器的力超过某一数值时为避免传感器损坏而增加的一种附属结构国内外学者也提出了基于不同结构的机械过载保护装置但由于保护装置结构复杂且加工精度要求较高等限制生产出具有全方位机械过载保护装置的六维力传感器的成熟产品仍有难度传感器性能指标包括静态性能指标和动态性能指标在实际的力测量过程中被测信号大多是动态信号如机器人打磨抛光时的接触力物体高速运动过程中的称重和炮弹发射过程时的后座力等信号这些信号属于快速时变信号动态性能较差的传感器很难跟踪测量这些信号所以必须在充分了解传感器的动态性能后方能选择合适的传感器来进行测量除了优化自身结构形状等方法提高动态性能外一些国内外学者利用动态补偿滤波器遗传算法神经网络算法等智能算法来提高传感器的动态性能取得了良好的效果国外对六维力力矩传感器的研究起步较早国内外学者对六维力传感器结构都做了大量的研究与改进目的是提高传感器的灵敏度和抗过载能力减少维间耦合误差改善动态性能从而更好地辅助机器人实现智能化控制图4六维力力矩传感器发展历史数据来源曹会彬葛运建孙玉香王耀雄高理富六维力力矩传感器研究发展综述财通证券研究所12力传感器是机器人实现主动柔顺控制的核心部件六维力测量技术属于平台型技术根据应用场景的环境载荷安装通讯算力动力学特性等需求不同在不同的应用领域六维力传感器的产品形态和技术特点也有较大区别目前六维力传感器主要应用于汽车行业的碰撞测试轮毂座椅等零部件测试以及航空航天生物力学医疗领域科研实验机器人与自动化等领域谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准8行业深度分析报告证券研究报告在汽车领域六维力力矩传感器被广泛地用在汽车部件和系统级测试发动机和动力总成测试车辆和试验厂测试总装和最终测试它们在确定新车和部件设计的完整性和优化方面都能发挥重要作用同时还有助于保证效率安全性和正确的功能航空航天领域是六维力传感器最早的重要应用领域之一可用于测量风洞试验飞机卫星火箭等飞行器各种运动状态下的六维力信息通过这些信息飞行器可以更加准确地感知环境控制姿态完成各项任务随着航空航天技术的不断发展和应用的深入六维力和力矩传感器还可以用于飞机制造飞行器着陆和起飞过程的监测机械臂控制结构健康监测等领域六维力传感器的应用能够提高航空航天系统的性能安全性和可靠性在医疗手术和康复领域手术机器人的力感知可作为力反馈的依据以提升手术的安全性根据临床场景的不同手术机器人主要分为腔镜机器人骨科机器人穿刺机器人经自然腔道机器人泛血管机器人等五类机器人目前协作机械臂六维力传感器的组合已广泛应用于血管介入手术机器人外科手术机器人医疗检测机器人及远程操控机器人等中国手术机器人行业处于早期发展阶段增长潜力较大根据GGII预计未来3-5年骨科机器人和泛血管手术机器人将占手术机器人市场的20以上随着技术的不断进步和应用的深入六维力传感器在医疗领域的应用前景将会更加广阔六维力传感器产品将逐渐成为类似应用场景中的刚需图5六维力传感器在不同领域的应用数据来源高工机器人公众号财通证券研究所柔顺控制可解决很多传统位置控制难以解决的问题有利于扩展机器人的功能在许多交互任务中需要机器人与对象或环境发生接触两者接触时会在接触面之间产生相互作用力只靠位置控制可能导致很大的误差由于采用位置控制的谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准9行业深度分析报告证券研究报告机器人可通过结构化环境的设置依靠快速精准的位置控制预设编程完成固定轨迹的任务而在执行接触任务时末端执行器与规划轨迹之间的微小偏差就可能导致机械臂与物体表面脱离接触或在接触面上施加过强的压力对于机器人的高刚性结构微小的位置误差可能会导致非常大的作用力甚至灾难性的后果所以为了实现交互任务机器人需要表现出柔顺性柔顺力控主要是从力传感器获得力信号再将其转化为机器人的控制信号使机器人响应此信号而动作人机协作要以机器人的柔顺控制作为前提当与机器人产生交互的外界环境发生改变机器人应对这种改变产生顺应性变化这就是所谓的柔顺性如让机器人末端执行器在受到环境扰动时能保持与环境的恒定接触力或是机器人顺应操作人员施加的外部牵引力以运动到操作人员期望的位置柔顺控制主要分为主动柔顺控制和被动柔顺控制被动柔顺控制主要依靠一些机械装置如减震器弹簧等使机器人表现出对环境的柔顺特性主动柔顺控制依靠控制策略令末端产生需要的刚度阻尼或力作用以达到柔顺的目的在实际应用中仅有少数的机器人在与环境接触中具有非常有限的主动柔顺能力图6机器人柔顺控制技术分类数据来源智星崛起公众号刘哲协作机器人一体化关节力矩感知与柔顺控制研究财通证券研究所1被动柔顺控制借助某些机械装置的物理上的柔顺性对接触力产生被动的适应如弹簧阻尼等构成的柔顺装置可以靠弹簧形变吸收或者阻尼损耗机器人与环境产生接触时产生的能量但当前被动柔顺控制方法在应用效果上仍存在着多种不足如结构刚度降低机器人关节的重量增长结构的复杂性增加在此背景之下主动柔顺控制则成为了现今研究者们开展柔顺控制研究的首要方式谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准10行业深度分析报告证券研究报告图7被动柔顺控制结构数据来源智星崛起公众号财通证券研究所2主动柔顺控制需要机器人获取对力信息和位置信息的反馈利用力与位置的反馈信息结合相应算法去主动控制机器人运动或者作用力机器人实现主动柔顺控制的方式主要有力位混合控制零力控制和阻抗控制这三种控制理论力位混合控制这种理论模型有位置反馈环和力反馈环机器人在进行任务的过程中可以把机器人末端执行机构的工作空间分解为位置力两个相互正交且独立的子空间在力空间内通过力控制方法确保实际接触力最大程度的接近期望接触力在位置空间内通过位置控制方法保证机器人能够沿期望轨迹运动通过力和位置控制策略协同作用实现机器人对末端作用力的主动柔顺控制过程零力控制直接示教又称拖动示教是目前人机协作的主要方式之一即人类操作者直接通过手动拖动机器人来进行示教任务而零力控制便是实现机器人拖动示教的最核心技术目前零力控制主要有两种实现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根据机器人末端执行器的位置或速度和接触力之间的对应关系通过控制器调整位置速度误差或刚度系数来控制机器人末端执行器的接触力阻抗控制理论根据控制原理可以分为基于位置的阻抗控制导纳控制和基于力的阻抗控制谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准11行业深度分析报告证券研究报告图8阻抗控制分类数据来源胡佳星基于力位双反馈的协作机器人柔顺控制研究财通证券研究所六维力力矩传感器是机器人实现柔顺化智能化操作的关键传感设备只具有位置反馈将难以满足柔顺控制的需要在机器人控制中加入力反馈环节势在必行机器人力觉传感器是模仿人类四肢关节功能的机器人获得实际操作时的大部分力信息的装置是机器人主动柔顺控制必不可少的它直接影响着机器人的力控制性能在机器人力控解决方案中目前应用最为广泛的力觉传感器就是六维力传感器图9六维力传感器在机器人领域的应用数据来源高工机器人公众号财通证券研究所目前六维力传感器主要用于检测预防控制示教测量保护等场景通常安装在机器人的底座或者末端可以提供应用过程中的力交互信息对于下游客户而言有效且可靠的数据至关重要谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准12行业深度分析报告证券研究报告表2六维力传感器在机器人领域的主要作用作用描述检测检测是否抓取到工件预防在损坏前检测到不正常的装配力测量记录工艺过程的力反馈实时确保质量控制利用力传感器来引导机器人在复杂的工作环境中的过程控制示教手动牵引示教机器人轨迹或自动触发确定位置保护安全感应可以检测意外接触情况下与人的接触数据来源高工机器人公众号财通证券研究所图10六维力传感器通常安装在机器人的底座或者末端数据来源高工机器人公众号财通证券研究所未来人形机器人力控技术的发展将呈现出多信息融合触觉力觉和视觉等主要通过配备AI视觉力觉传感器等传感器得以实现尤其在手腕脚踝关节等处更适用六维力矩传感器这将为六维力传感器在人形机器人领域的应用带来巨大的发展空间图11机器人由自动化向智能化进化图12在手腕脚踝关节等处更适用六维力矩传感器数据来源高工机器人公众号财通证券研究所数据来源高工机器人公众号财通证券研究所谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准13行业深度分析报告证券研究报告表3六维力传感器在人形机器人领域的主要应用场景应用场景描述机器人手臂可以用于进行复杂的力控操作比如对物品的抓取装配或拍打等操作六维力传感器可以感知机器人手臂力控施加在物品上的力和扭矩以便机器人控制系统进行精密控制人形机器人的行走过程中需要保持平衡此时也需要用到六摆动稳定控制维力传感器它可以感测机器人脚下地面反作用力以便机器人控制系统可以调整人形机器人手臂和身体的姿态六维力传感器可以用于安全控制系统以实现机器人在进行安全控制危险操作之前或者人类接近机器人时的自动停止避免对人体造成伤害数据来源高工机器人公众号财通证券研究所13力传感器与电流环的区别目前市面上绝大部分执行器的力控方式分为两种一为电流环力控一为传感器闭环力控电流环力控是一种比较容易实现的常规力控方式主要通过调节电机内部电流大小实现力控实现难度较低可以实现5-15精度范围内力控但其运动速度慢不能反向传动无法满足一些精度要求更高的场景需求使用一段时间后机械磨损会带来误差精度进一步降低电流环适用于直驱电机DirectDriveMotor或者带小减速比ReductionRatio10的应用场景诸如小型阻抗控制的人机交互的机械臂和小型四足等电流环以提高电流的稳定性能来提高系统性能是一种将输出电流采用正反馈或负反馈的方式接入处理环节的方法环路间相互作用对信号进行汇总分析修正实现精准的运动控制如下图所示简化机器人关节模型通过施加外力矩引起连杆运动此运动可以很快地传递到弹簧力矩传感器处并继续往后传递当力矩来到减速器端并尝试推动减速器反向转动时由于静摩擦力的作用减速器无法转动因而需要继续增大外力矩直至超过减速器的最大静摩擦力减速机转动并推动电机转子的运动此时电流环才感知到外力矩进一步电流环通过电流反馈和辨识的动力学模型估计外力谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准14行业深度分析报告证券研究报告图13简化机器人关节模型数据来源高工机器人公众号财通证券研究所电流环根据实现原理分为开环力控和闭环力控两类开环力控直接让机器人工作在力矩模式下电机提供机器人运动所需的重力摩擦力惯性力等这样用户只需很小的外力即可让机器人按照所需的轨迹运动闭环力控会存在如下一个力反馈回路它通过算法估计出用户的牵引力矩再通过阻抗控制让电机输出一个辅助力矩帮助用户拖动机器人完成示教工作由于反馈回路的存在它对机器人建模和系统辨识的精度要求较低电流环一般处在运动伺服系统三环控制系统中最内层向外依次为速度环和位置环这三环构成3个闭环负反馈PID比例积分微分调节系统最内的PID环就是电流环电流环是控制的根本任何模式都必须使用此环完全在伺服驱动器内部进行通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流负反馈给电流的设定进行PID调节从而达到输出电流尽量接近等于设定电流电流环是控制电机转矩的所以在转矩模式下驱动器的运算最小动态响应最快环路间相互作用对信号进行汇总分析修正实现精准的运动控制伺服电机可以将电压信号转化为转矩和转速按照位置力矩或速度指令精确地控制机械系统运动内嵌的编码器将伺服电机的运动参数反馈给伺服驱动器完成闭环控制图14三环PID控制系统示意数据来源ZLG致远电子公众号财通证券研究所谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准15行业深度分析报告证券研究报告电流环力矩传感器六维力传感器均是实现对机器人的自适应柔性控制的方案就二者对比而言电流环其优点在于成本低不需要额外的传感设备而缺点在于精度较低响应较慢适用场景有限力矩传感器是性能更佳但成本相对更高的方案响应精度和速度上电流环力控比力矩传感器要低力矩传感器感知中施加在连杆上的外力能够直接传导到传感器上而电流环感知则是力矩通过传感器后持续向后传递到减速器端当外力矩增大到超过减速器的最大静摩擦力时减速器转动再向电机传导信号电流环才能够感知到外力矩由于减速器的静摩擦力需要较大的外力电流环才能检测到外力变化而力矩传感器能够较快的检测到外力的变化从应用场景来说电流环力控更适合应用于低精度要求场景力矩传感器性能则更为领先电流环力控的弊端是机械臂的减速比要比较小轻负载精度差低精度要求场景下的协作机器人可能运用力矩传感器六维力传感器控制精度好感知精度高完全独立控制的电流波动都能感觉到表4电流环力控与力矩传感器对比名称电流环力控力矩传感器精度低高运动速度较慢更快适用于直驱电机或者带小减速比的应用用于人形机器人的脚掌与踝关节机械手适用场景场景如小型阻抗控制的人机交互的机与腕关节之间测量末端执行器机械手械臂和小型四足等或者脚掌与外界环境交互的受力情况成本较低较高数据来源维科网机器人大讲堂公众号财通证券研究所2力传感器市场有望持续增长欧美日韩占据主导地位21力传感器市场规模超过150亿美元我国六维力矩传感器市场尚小根据ModorIntelligence数据2020年力传感器市场价值为15121亿人民币根据ModorIntelligence预测2026年力传感器市场价值将达到19849亿人民币2021-2026年预测期间的复合年增长率为463力传感器已成为工业机器人的关键特性使它们能够与任务无关并与人类一起安全地运行这些传感器改进了联网嵌入式系统的监控和管理自动化的采用已经改变了全球格局因为这些传感器已成为所有自动化设备的关键在所有操作中提供准确性和精度谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准16行业深度分析报告证券研究报告目前市场上的力传感器产品组合在产品供应方面非常标准化尽管市场具有满足大量应用的潜力但市场参与者的产品非常有限图152020-2026年全球力传感器市场规模预测亿人民币2001984919007190181571801734517016570158281601512115014020202021E2022E2023E2024E2025E2026E数据来源ModorIntelligence财通证券研究所汇率按照1美元7人民币计算数据显示2022年中国市场六维力力矩传感器机器人行业销量4840套同比增长62582022年中国六维力力矩传感器机器人行业市场规模156亿元同比增长5435目前六维力和力矩传感器市场基数依然偏小尚未形成明显规模效应随着入局者的持续增加叠加下游细分市场认知的逐年提升以及应用领域的拓展六维力和力矩传感器有望进入高速成长期期间将伴随多技术路线产品矩阵的完善产品价格的下降以及国产化率的提升图162017-2022年中国力力矩传感器机器人行业图172017-2022年中国力力矩传感器机器人行业市市场销量套场规模百万元500012018010016040001001408080120300060100608020004040604010002020200000201720182019202020212022201720182019202020212022机器人行业销量套同比增速机器人行业规模百万元同比增速资料来源高工机器人产业研究所GGII官网财通证券研究所资料来源高工机器人产业研究所GGII官网财通证券研究所谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准17行业深度分析报告证券研究报告22国外企业占据六维力传感器核心市场多维力矩传感器的技术壁垒较高美日企业先发优势明显国内仍处产业早期因技术壁垒较高国内可量产的企业较少美日企业先发优势明显从代表企业分布来看全球六维力力矩传感器主要分为日韩品牌欧美品牌和国产品牌三大阵营各阵营企业呈现不同的配套特点日韩地区六维力力矩传感器厂商主要配套当地机器人本体厂商其中韩国企业RobotousAidinRobotics主要合作厂商包括DoosanRoboticsNeuromeka和RainbowRobotics日本企业Sintokogio和WACOH-TECH主要合作厂商包括发那科电装三菱那智不二越安川等欧美地区六维力力矩传感器厂商可分为两类一类是传统的传感器生产商包括ATIBotaSystemsAGME-MesystemeGmbHAMTlKistler等另一类是全球知名的机器人末端工具生产商主要有SCHUNKOnRobotRobotiq等欧美地区厂商合作企业以协作机器人本体厂商为主主要包括优傲机器人达明机器人和欧姆龙等受益于机器人市场需求催化中国六维力矩传感器市场近年来入局者逐年增加但受限于该领域的高技术壁垒真正具备批量化产品供应能力的厂商依然偏少目前国产六维力力矩传感器与外资主流传感器在灵敏度串扰抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距近几年入局六维力力矩传感器领域的国产相关厂商越来越多除了宇立仪器SRI之外如坤维科技鑫精诚海伯森蓝点触控神源生智能瑞尔特测控等均已有相关的产品落地并进入产业化应用其他厂商如重庆鲁班机器人技术研究院昊志机电埃力智能等通过自主研发力传感器技术已经具备六维力力矩传感器的生产能力部分产品型号开始进入下游用户的验证测试阶段表5全球六维力力矩传感器主流厂商地区主流厂商日韩地区RobotousSintokogioWACOH-TECHAidinRoboticsATIOnRobotSCHUNKRobotiqBotaSystemsAG欧美地区NordboRoboticsME-MesystemeGmbHAMTIKistler坤维科技宇立仪器鑫精诚海伯森蓝点触控神源生中国地区智能瑞尔特测控重庆鲁班机器人技术研究院昊志机电埃力智能等数据来源高工机器人产业研究所GGII财通证券研究所根据2022年国内市场销量口径看ATI宇立仪器坤维科技鑫精诚位于第一梯队各家厂商下游应用的侧重有所差异ATI作为全球龙头经过多年的积累应用面相对更广宇立在工业机器人磨抛行业和汽车碰撞测试行业应用更多坤谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准18行业深度分析报告证券研究报告维科技在协作机器人医疗手术机器人医疗检测机器人和康复机器人域具备明显优势同时其产品在航空航天领域具备行业核心竞争力鑫精诚凭借苹果供应商的身份已将其产品推入到3C行业同时在机器人行业和医疗行业也有布局表62022年全球六维力力矩传感器市场竞争格局按销量划分梯队厂商第一梯队ATI坤维科技鑫精诚宇立仪器第二梯队蓝点触控海伯森神源生瑞尔特重庆鲁班机器人昊志机电埃力智第三梯队能航天四院四十四所等数据来源高工机器人产业研究所GGII官网财通证券研究所智研咨询测算2022年海外进口抛光打磨机器人产品数量占总装机量比例约为559近年来这一比例一直呈下降趋势国内厂商凭借价格优势以及研发创新正逐渐获得市场话语权1ATIATI成立于1985年在美洲欧洲和亚洲等地曾拥有超过3700名员工2005年营业额为22亿美元是一家专门设计与销售适用于个人电脑的显示卡图形处理器芯片组机顶盒数字电视电子游戏机和手提式设备等的无厂半导体公司ATI多轴力力矩传感器系统测量全部六个力和力矩系统包括一个传感器高柔性屏蔽电缆智能数据采集系统EthernetDeviceNet连接或FT控制器力力矩传感器被广泛的应用与各个工业领域如产品测试机器人装配打磨和抛光等在研究领域被用于外科手术机器人仿生机器人康复机器人以及神经学等其他不同的应用中图18ATI力矩传感器产品特点数据来源ATI官网财通证券研究所谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准19行业深度分析报告证券研究报告表7ATI系列产品概况型号图片最大值FxFy最大值Fz最大值TxTyAxia80-M8150N470N8NmAxia80-M20500N900N20NmAxia90-M501000N2000N50NmAxia80-M501200N2000N50NmAxia130-2000N4000N125NmM125Axia130-4000N6000N300NmM300数据来源ATI官网财通证券研究所2ROBOTOUSROBOTOUS是一家位于韩国城南市的专业机器人技术公司成立于2004年公司商业领域含有机器人业务和微泡业务机器人业务涉及电容式6轴力扭矩传感器国防部无人搜索车遥控系统移动机器人平台自动驾驶机器人自动化系统智能工厂制药口罩工厂等其他应用产品开发ODMOEM和服务基于创新的FT传感器技术ROBOTOUS将成为智能工厂和协作机器人应用的主要传感器供应商ROBOTOUS标准模型阵容将通过增加一个迷你型和两个高扭矩容量的模型来扩大FT数据分析解决方案将在静力学人工智能技术用户界面的基础上得到加强使公司的客户能够轻松快速地使用高级FT传感器技术ROBOTOUS已经开始与一个协作型机器人制造商合作开发三种类型的关节扭矩传感器谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准20