（报告作者：中泰**、冯晟、曹森远）
传感器是人形机器人感知层的关键
人形机器人的具身智能更重视感知层和交互层。 人形机器人强调具身智能，即能够感知和理解周围环境并通过自主学习完成任务的智能体。 传感器和软件是具身智能的关键，感知和认知层是机器人向具身智能机器人迈进的门槛，机器视觉和多态语言大模型的快速迭代有望大大提高机器人的感知和认知能力。 传感器是“感知”的核心，其质量和技术水平将直接影响机器人的性能和稳定性。 机器人传感器根据检测对象的不同可分为内部传感器和外部传感器。 传感器用于感知机器人本身的状态，如速度、位置等;外部传感器用于感知机器人的周围环境，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、压力、温度、湿度、距离等。
特斯拉人形机器人上的传感器占成本的近30%。 在机器人中，传感器的数量是巨大的，除了摄像头（图像传感器）、雷达（激光、毫米波、超声波）、六维扭矩传感器、编码器、触觉传感器外，还有位置、速度、加速度、平衡、力、触觉、视觉、听觉、接近、距离、嗅觉等10多种传感器都用于人形机器人。 根据传感器专家网的数据，特斯拉擎天柱机器人上各种传感器的成本占比近30%。
力、柔性触觉、惯性传感器壁垒高、价值大，国产厂商蓄势待发
扭矩传感器是机械臂感知力的重要组成部分，其应用前景广阔。 根据测量尺寸，扭矩传感器可分为一到六维扭矩传感器，在人形机器人中，灵巧的手或会使用微型压力传感器或微型六维力传感器，对柔性控制要求较高的手腕和脚踝可以使用六维扭矩传感器，而身体的其他关节也会使用关节扭矩传感器。 根据高科技机器人的数据，例如模拟关节和肢体末端触觉的力传感器，约占人形机器人成本的15%。 六维力传感器的研发和制造过程难度大，已获得国产产能，有望开辟降低成本的空间。
柔性触觉传感器有望进一步提高机器人的感知能力。 触觉传感器可以为机器人的感知提供压力、温度等信息，进一步提高机器人的感知能力电子**由点状触觉传感器的组合组成，这些触觉传感器大多排列在矩阵中。 由于具有高柔性、可扩展性和高弹性等特点，电子**又称柔性触觉传感器。 目前，国内企业已具备柔性传感器的生产能力，但由于加工工艺难度大、成本高昂等问题，尚无法批量应用于机器人解决方案中。
惯性传感器有望成为机器人的标准配置。 惯性传感器又称惯性测量单元（IMU：inertial measurement unit），可以与机器人上的摄像头、力传感器等多传感器数据融合，以保持身体平衡、速度和轨迹、定位导航等，有望成为四足机器人和人形机器人的标配。 惯性传感器的技术壁垒高，目前单个高精度IMU的价格在几千元到万元左右，价值很高。
MEMS市场正处于快速增长的过程中
全球MEMS市场的平均复合年增长率为8-9%。 根据Yole Intelligence数据，MEMS的全球销量从2024年的201个增长68亿至2024年的30359亿，预计2024年将达到4878 亿，2021-2027 年复合年增长率为 820%。MEMS的全球市场规模从2024年的99个增长到2021 年为 94 亿美元，增至 135 亿美元95 亿美元，预计到 2027 年将达到 222 美元53亿美元，复合年增长率为856%。
国内MEMS市场增速高于全球平均增速。 受益于工业物联网、智能制造、人工智能等战略的实施，加上智慧城市建设、智能制造、智慧医疗等各级发展的加快，MEMS市场在国内外呈现快速增长态势。 根据中商产业研究院的数据;2018-2024年，中国MEMS产业市场规模CAGR为1482%，近几年增速仍在提升，2024年中国MEMS市场规模将达到1008亿元，同比增长2029%，国内市场增速明显高于海外市场。
机器人通过力控制系统获得“触觉”
力控制系统赋予机器人“触觉”。 与人类的触觉相对应，机器人的触觉传感系统是一种可以通过接触测量物体给定属性的设备或系统。 通常，机器人的触觉感知与预定区域内力的测量有关。 为了提高机器人的应用效果，机器人还应配备先进的触觉感知系统，使其能够感知周围环境，远离潜在的破坏性影响，并为手部操作等后续任务提供有效信息。
以力传感器为核心的力位置控制是机器人的主要控制方式之一。 力控制一般是指在机器人应用领域，将力传感器作为反馈装置，将力反馈信号与位置控制（或速度控制）输入信号相结合，通过相关的力位置混合算法实现力位置混合控制技术的力混合控制技术。 又称力位混合控制技术，简称力控制。
力传感器是精确和直接力控制的最佳解决方案
直接力控制是通过不同的力反馈方法实现的，其中使用多维扭矩传感器是最佳解决方案。 a.电流环路：通过电流反馈和辨识的动态模型估算外力，适用于直驱电机或减速比小的应用场景，如人机交互机械臂的小阻抗控制、小型四足动物等。 对于减速比较大的机器人，关节后驱的摩擦力巨大，电机电流不足以准确估计末端执行器上所承受的外力。 优点是不需要额外的传感器，缺点是由于摩擦导致力控制精度差，应用场景有限。 b.弹性体——抗外界冲击能力强：SEA（串联弹性驱动）利用弹性变形和高精度位置传感器间接测量力距离的大小，常适用于人形机器人集成度高、对驱动输出扭矩要求高的应用。 c.力传感器：这是通过将力传感器连接到机械臂的末端来实现的。 与一维力传感器相比，六维力传感器具有更多的力控制维度，可以测量物体在三维空间中的所有力，可以测量任何方向和任何轴上的应用载荷，并且可以承受5至20倍额定测量范围的过载，精度甚至可以达到001n，相应**也更贵。 典型的应用示例包括机械臂，如KUKA LBR IIWA机械手和特斯拉的Optimus人形机器人。
六维力传感器结构分类——应变片为中流砥柱，MEMS技术有望成为主流
应变片是电阻式应变片多维力传感器的核心。 应变片由高电阻金属线、高电阻金属箔或半导体组成，呈网格状排列并粘在绝缘基板上。 应变片包括金属电阻应变片和半导体应变片（即硅应变片）。
金属箔电阻应变片目前应用较为广泛。 电阻变化是由尺寸（几何形状）的变化引起的，种类包括线材、箔片和金属薄膜应变片，其中目前应用最广泛的是箔片应变片，具有横向效应小、允许电流大、生产效率高等特点。 但是，这种应变片仍然需要手工抛光，耗时长，生产效率低，成本高。
硅应变片的综合性能较好。 在半导体材料中，压阻效应比金属应变片显著约50倍，硅应变系数高达几十到100（金属应变片为2 3）。 在比较了稳定性、刚度、动态特性、成本和信噪比五个维度后，硅应变片的稳定性、信噪比和动态特性均优于金属应变片，两者在刚度上相差不大，金属在成本上略好，但近年来， 硅应变片的工艺得到了改进和完善，综合成本也大大降低。
灵活的触觉传感器：帮助机器人将感知提升到一个新的水平
“电子**”的应用有望赋予机器人更丰富的触觉，进一步提升其感知能力。 人体中有许多由不同类型的神经元组成的受体**，其中默克尔细胞和鲁菲尼体主要感知连续的低频压力，而双触感传感器就是对人体中这两种触觉受体的模仿。 触觉传感器的原理是将触觉刺激转换为电信号，为机器人感知提供压力、温度等信息电子**由点状触觉传感器的组合组成，这些触觉传感器大多排列在矩阵中。 同时，由于电子**由柔性材料制成，具有高柔性、可扩展性、高弹性等特点，因此也被称为柔性触觉传感器。
需求侧：消费电子和医疗领域的需求带动柔性传感器市场快速增长
全球柔性传感器市场空间有望突破500亿元。 根据汉威科技微信***的数据，据相关机构统计，2021-2024年全球柔性传感器市场CAGR将达到68%，预计2024年市场空间将达到84家7亿美元。 其中，柔性电子领域有望成为需求增量最大的领域，根据弗若斯特沙利文**的数据，2024年至2024年全球柔性电子市场CAGR预计将达到14471%，2024年市场规模达到30494亿美元。
我国柔性传感器市场规模呈现快速增长态势。 2024年中国柔性传感器行业市场规模约为7亿元，2024年中国柔性传感器行业市场规模为2112亿元，2017-2024年复合年增长率超过23%。 其中，市场主要分布在华北、华中、华东地区，分别占比。 79%。2024年，国内柔性传感器需求同比增长16%2%，产量同比增长26%9%，供给侧：柔性传感器产业加速发展，国内企业逐步跟进
加工技术升级，柔性传感器的发展日趋成熟。 基于MEMS的硅压阻传感器具有精度高、体积小的特点，近年来，柔性基板MEMS传感器取得了重大突破，柔性基板具有良好的柔韧性、抗冲击性和机械性能。 同时，高分子微纳加工技术、电子打印技术、3D打印技术的发展颠覆了传统的设计制造方法，将特定的导电材料注入到高分子材料中，为柔性传感器制造提出了新的解决方案。
国内电子行业也逐渐跟进。 全球电子的发展仍处于早期阶段，但总体上，传感器行业的海外公司处于领先地位。 Novasentis、Tekscan、JDI等海外企业的市场份额仍处于前列，根据QY Research数据显示，2024年全球前八大柔性触觉传感器企业将占57家市场占有率1%，市场集中度高;在国内企业中，汉威科技旗下能电科技在柔性压电传感器领域拥有自主知识产权，柔性微纳传感器在智能机器人领域得到了明确应用。 此外，帕西尼传感一直深耕触觉传感器领域，帕西尼传感研发的多维触觉传感器PX-6AX的柔性传感阵列可以为机器人提供滑动、摩擦、纹理、温度等附加信息。
什么是惯性传感器和IMU？
MEMS加速度计通常由质量块、阻尼器、弹性元件、电容板（用于电容式加速度计）和ASIC芯片（专用集成电路芯片）组成。 根据测量尺寸的不同，加速度计分为三种类型：单轴、双轴和三轴。 相较于只能检测平面运动状态变化的单轴和双轴加速度计，三轴加速度计可以用单一产品实现三维空间加速度的测量，从而满足小型化、更多领域的应用需求。
分类：根据传感原理，MEMS加速度计可分为压阻式、电容式和热式。 电容式MEMS加速度计因其高灵敏度、高精度和低温灵敏度而在市场上占据主导地位。
工作原理：电容式MEMS加速度计是将质量块和活动板组合成梳状结构，形成与固定板可变距离的平行电容板结构。 当被测物体运动状态的变化带动芯片中的质量物移动时，会带动动板运动，使动板与固定板之间的距离发生变化，导致两块板之间的电容值发生变化。 此时，ASIC芯片将电容值的变化转换为电信号，并计算出加速度物理量。
IMU在人形机器人中扮演什么角色？
IMU在人形机器人中的作用主要体现在三个方面：精确姿态控制与平衡维持、导航与定位、动作执行与路径规划，其应用方向在于惯性导航与测量与稳定控制。 姿态控制与平衡：惯性稳定控制是持续监测系统的姿态和位置变化，利用伺服机构动态调整系统的姿态，帮助机器人保持稳定的姿态和平衡。 人形机器人在执行各种动作时需要精确控制自己的姿势和平衡。 导航定位：通过对角线速率和线性加速度的时间积分和叠加，可以动态地确定自己的位置变化，其优点是无需借助外部信息即可独立使用。 同时，IMU可以与卫星定位相结合，提供准确的室内外定位信息，大大提高人形机器人在复杂环境中的导航定位能力。 动作执行和路径规划：基于IMU的测量数据，人形机器人可以更精确地执行各种动作，如行走、转弯、跳跃等。 此外，IMU数据还可用于路径规划，帮助机器人避开障碍物，规划更合理的运动轨迹。
科力传感：应变片传感器龙头企业，市场占有率国内第一
科力传感成立于2024年，是智能传感器行业的龙头企业，主要研发生产各类物理量传感器，以及不同的工业物联网系统和多场景应用解决方案。 公司从力学入手，融合多物理场技术，发展多品种传感，进行多维度产业布局和运营。 目前，公司已成为全球最大的钢铁传感器制造商之一，也是工业物联网应用拓展的领导者之一。
主要产品包括应变片传感器、微型、扭矩、多维力传感器等高端力传感器，国内力传感器市场占有率第一。 重点跟进储备一批光电传感器、温湿度传感器、高端机械传感器，加快从单一物理传感器企业向多物理传感器融合的平台企业转型发展。 已开展多款扭矩传感器、多维力传感器等产品的样品和试制（在人形机器人领域）。 产品种类齐全，具有精度高、稳定性好等特点。
中航工业：首家建立应变片生产线的国防企业
中航工业成立于2024年，是一家主要从事提供军民智能测控产品及系统解决方案的企业。 依托自主研发的应变片技术，通过生产线的网络检测和管理，采用世界领先的灵敏度高低温检测控制手段，实现了传感器的逐一补偿和调整，在国内高端应变片和传感器市场占据主导地位，产品销往北美， 欧洲和世界其他地区。重点服务于航空、航天、兵器、造船、核工业等国防市场，以及高校、科研院所、电力、高铁等民用产业。
主要产品有电阻应变片、应变片传感器、汽车综合性能检测设备等。 自主研发了十余种具有自主知识产权的高精度称重和负载传感器，在国内称重和称重传感器制造和研发领域确立了领先地位。
芯动：国内高精度MEMS传感器制造商
公司于2024年研发出第一代MEMS陀螺仪，并于2024年研发出第三代量产，并在此基础上拓展了MEMS传感器领域，主要在高端工业、无人系统、高可靠性等领域进行下游。 目前，公司生产的惯性传感器核心参数已达到国际先进水平，可与霍尼韦尔、ADI等海外品牌产品竞争，部分公司产品优势最好。 2020-2024年，公司综合毛利率维持在85%以上，净利率维持在45%-55%，这也证明了公司产品在市场上具有较强的竞争力。
公司持续大力投入研发，核心技术人才结构稳定。 公司研发支出继续占整体营收的20%以上，2024年研发员工人数将占公司总人数的50%以上，具有研发公司的特点。 公司核心人员在半导体和芯片设计领域具有丰富的工作经验，并持有公司股权，人员结构相对稳定。
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专题报告**：未来的智库]。