随着机器人技术的快速发展，机器人应用越来越聚焦于机器人与环境发生交互的场景，如打磨抛光、柔顺装配、医疗康复等，对机器人柔顺控制的需求快速增长。对人形/四足机器人、外骨骼机器人而言，柔顺控制对于复杂地形的通过能力、人机柔顺交互能力也非常重要。力矩和位置结合，机器人可以实现更加柔性的控制。
力矩传感器又称扭矩传感器，可在各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知进行检测，将扭力的物理变化转化为精确的电信号，具有精度高、频响快、可靠性好、寿命长等优点。力矩传感器是机械臂的关键部件之一，可为机械臂提供实时的力和力矩信息，实现机械臂对操作对象的力感知，从而协助机械臂完成精细和智能的操作任务。
人形机器人中，六维力矩传感器主要用在对柔顺控制要求高的手腕和脚踝。按照测量维度，力矩传感器可分为一至六维力矩传感器，其中一维传感器、三维传感器和六维传感器最为常见。六维力传感器也被称为六轴力/力矩传感器、F/T传感器，用于精确测量X、Y、Z三个方向的力信息和Mx、My、Mz三个维度的力矩信息。人形机器人中，对柔顺控制要求高的手腕和脚踝或将使用六维力矩传感器，而身体的其他关节将使用关节扭矩传感器（单维）。
按照压力原件分类，硅应变片式力传感器性能最优，压电式转换元件主要应用在非六维力传感器中。根据转换元件的不同，传感器主要分为应变式力传感器、光学式传感器以及压电式力传感器：
1）应变式力传感器：采用的是硅应变片或金属箔，压电式传感器可分为电容和压电两种。其原理都是转换元件应变片随力敏元件同时发生形变，导致自身电阻值、电压差、光栅变化，通过电信号反应力和力矩的改变。硅应变片能够保持高刚度、稳定性和信噪比，缺点是成本较高、制作工艺复杂；
2）光学式元件：测量范围较广、抗电磁干扰能力强，但缺点是刚性偏弱，并且对环境的要求较高；
3）压电/电容式元件：拥有高灵敏度和高分辨率，并且环境适用性较强，但缺点是电路复杂，信号漂移难以抑制。
不同转换元件类型力传感器的测量原理
| 类型 | 测量原理 |
| 应变片 | 应变片形变后自身电阻值变化 |
| 光学式 | 转换元件形变后通过光栅反映形变 |
| 电容式 | 形变后极距的变化导致电压变化 |
| 压电式 | 形变后改变电荷 |
数据来源：观研天下数据中心整理
根据观研报告网发布的《中国六维力矩传感器行业现状深度研究与发展前景分析报告（2025-2032年）》显示，六维力测量的需求最早来自航空航天飞行器研究领域，安装在飞行器内部的六维力传感器用来测量飞行器的空气动力学特性，逐渐应用到汽车测试、生物力学、机器人等领域。随着机器人技术的不断进步，机器臂在喷涂、上下料、分拣、码垛、焊接等应用场景中的技术已经相对成熟。
我国形成了比较完善的工业机器人产业链，已具备从上游核心零部件到中游本体制造再到下游系统集成的全产业链自主生产能力。近年来，在国家政策的推动下，中国工业机器人产量得到快速增长。2024年中国规上工业机器人产量55.6万套，同比增长14.2%。
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从2024年中国工业机器人市场销量结构来看，六轴机器人销量占比为63.97%；SCARA机器人销量占比为23.86%；协作机器人销量占比为10.53%；并联机器人销量占比为1.64%。
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六维力矩传感器的应用领域，主要包括工业机器人、人形机器人、汽车、电子、医疗、航空航天等。机器人是六维力矩传感器的重要应用领域。2023年12月，特斯拉发布OptimusGen2的更新视频。视频显示，六维力矩传感器于应用于Optimus的手腕及脚踝处，使Optimus结构更简洁，对力的感知和控制效果更好。
在人形机器人领域，大致分为以下三个方向做硬件层面的力传感器与力反馈测量：1）电流环：通过电机的电流闭环做力闭环反馈控制，适用于直驱电机或者带小减速比的应用场景，如小型阻抗控制的人机交互的机械臂和小型四足，MITCheetah等；2）力/力矩传感器:直接使用六维力/力矩传感器。在人型机器人之中，通常将力/力矩传感器安装在：1)脚掌与踝关节之间；2)机械手与腕关节之间；3）弹性体:设计弹性体集成在驱动器对外输出端之前，往往会形成SEA，通过弹性体形变测量力矩，往往适用于人型机器人集成度较高和驱动器输出力矩要求较高的应用场合。
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全球六维力和力矩传感器厂商主要分为欧美、日韩、国产三大阵营：1）欧美地区厂商：可分为传统传感器制造商如ATI、Bota、Kistler等和全球知名机器人末端工具生产商如OnRobot、Robotiq等，后者主要和本地区协作机器人厂商合作，包括优傲机器人、达明机器人等。2）日韩厂商：六维力和力矩传感器厂商主要有Wacoh-Tech、Robotous等，主要配套本地区机器人厂商发那科、安川等。3）国内厂商：以宇立仪器为代表，已经在全球市场开始和欧美、日韩厂商同台竞技，国内厂商还有坤维科技、鑫精诚、海伯森、蓝点触控、神源生智能、瑞尔特测控等。
全球主要六维力和力矩传感器厂商
| 厂商 | 简介 |
| Baumer | 1952年以电器开关起家，后逐渐开发光学传感器、编码器、力矩、温度、压力传感器等产品，业务领域覆盖食品饮料、钢铁冶金工程机械、轨道交通、生物制药、工业自动化等领域的测量与控制。 |
| Interface | 1968年以称重传感器起家，逐渐开发矩补偿器、力矩校准器、多维力和力矩传感器等全套力矩测试产品技术，成为力测量解决方案集成商，业务领域覆盖工业自动化、航空航天、汽车等众多领域。 |
| ATI | 1989年成立，主营工具快换装置、多维力矩传感器、抛光打磨工具等机器人末端执行器，2021年被NOVANTA以2.239亿美金收购ATI,作为集团进军工业自动化的技术支撑。 |
| HBM | 1950年以位移传感器起家，不断拓展应变片、称重、力和力矩传感器产品，并开展传感器OEM代工业务。2000年被Spetris收购，并与Brüel&Kjær合并成HBK公司，作为硬件技术辅助集团进军航空航天、汽车、轨道交通等领域的力测试业务。 |
| Optoforce | 2012年以机器人力矩传感器起家，2018年与PerceptionRobotics、onrobot三家公司合并而成现在的onrobot,成为协作机器人解决方案集成商，Optoforce主要负责六维力矩传感器的研发生产。 |
| Bota | 衍生于苏黎世联邦理工学院机器人系和NTUA控制系统实验，目前专营面向抛光打磨、组装示教场景的协作机器人传感器 |
| AIDIN | 衍生于韩国Sungkyunkwan大学机器人创新实验室，以力矩、近觉传感器、智能抓手为主，主营协作机器人的力控解决方案。 |
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2007年，宇立仪器成立，成为我国唯一具有汽车碰撞假人多轴力传感器生产能力的企业，将多维力传感器引入汽车耐久试验领域，与上汽、大众等车企展开合作，解决了这个领域卡脖子的问题。业务领域从汽车碰撞假人拓展至工业、手术机器人等，同时进军机器人智能打磨行业。坤维科技2018以航空航天六维力矩传感器技术起家，主营工业自动化、医疗、航空航天、工业测试等领域的力控解决方案。宇立仪器拥有六维力和力矩传感器机械加工、贴片、焊接等全流程完整自主知识产权，生产工艺获得CNAS认证，同美国规范一致。
国内主要力矩传感器生产厂商
| 品牌 | 简介 |
| 宇立仪器 | 作为全球领先的六轴力传感器供应商，产品应用于机器人及自动化、汽车碰撞测试、汽车耐久测试、生物力学和通用试验设备等多个领域。自2007年以来，宇立仪器设计生产了9大系列，200多个型号的多轴力传感器，从一轴至六轴，都有相应的产品。拥有4500平米的生产车间，包括机械加工、洁净传感器生产车间、组装车间和测试车间等完善的生产体系。在打磨、装配和协作机器人的力控产品方面都有一定的国际影响力。 |
| 蓝点触控 | 从事高精度、高性能力传感器以及力控产品研发和生产，在多维力传感器、关节扭矩传感器、机器人力控技术等方面拥有深厚的经验积累和技术优势，现已形成了Wrist六维力传感器、Joint关节扭矩传感器、力控应用软件包等多个产品系列。 |
| 海伯森(汉宇集团) | 公司在光学精密测量、工业2D/3D检测、机器人智能应用等领域形成了成熟的产品矩阵，主营产品包括3D闪测传感器、3D线光谱共焦传感器、点光谱共焦位移传感器、超高速工业相机和六维力传感器等。2021年，海伯森HPS-FT系列六维力传感器获得全球协作机器人大厂丹麦优傲(universal-robots)独家认证，成为国内首家获得"UR+"官方认证的高端智能化传感器研发生产企业。 |
| 坤维科技 | 成立于2018年，创始团队均来自航天科研机构，从事智能型多轴力传感器研发、生产及应用，掌握力觉测量核心技术，具备自主知识产权。公司的核心产品——六维力传感器，以其先进的力敏元件及其固化技术、标定检测技术、核心算法、智能化硬件赋予机器人、精密制造、测试与测量、航空航天、大健康等领域革命性的机器力觉产品及解决方案，产品性能稳定，准度(含串扰)可优于0.5%FS。 |
| 鑫精诚 | 成立于2021年，专注于微型压力、称重、多轴力、扭力等多样化的智能传感器与控制仪表等工业级产品的创新研发和精益生产。为3C自动化设备、精密医疗、农业、新能源锂电、机器人、半导体、航空铁路等领域提供“力控系统解决方案”与技术创新，以及高校产学研合作。 |
| 神源生智能 | 成立于2012年，致力于力测试技术的研究及产业化，主营产品包括多维力传感器、力矩传感器、测力平台、刚度仪等，已应用于航空航天、机器人、自动化、科研教学等行业，并已经销售至美国、德国、丹麦、瑞典等欧美国家。 |
| 瑞尔特测控 | 成立于2013年，致力于提供力测与自动化控制解决方案，研发、生产精密微小型测力传感器、扭矩传感器、多维力传感器、称重 |
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六维力矩传感器广泛应用于航天航空、汽车测试、生物力学和机器人等众多科技领域，行业出货量持续走高。2023年中国六维力矩传感器行业出货量约为0.95万台，2024年约达到1.12万台。
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六维力矩传感器单价昂贵，根据e-motionsupply和爱采购网站数据，ATI旗下机器人常用的mini45、axia80m8、nano43型号产品进口价格全都超过3万元人民币，大型传感器omega191进口价格在10.5万元。国产厂商海伯森产品标价为4.5万元，FUTEK实验用大型六维力传感器价格在10万-20万之间。
不同六维力矩传感器价格比较
| 公司 | 型号 | 应变片种类 | 价格 |
| ATI | Mini45TitaniumSeries | 硅应变片 | USD8983.0 |
| ATI | Mini58Series | 硅应变片 | USD7047.9 |
| 坤维科技 | KWR116 | 金属应变片 | USD2687.0注 |
| 坤维科技 | KWR96A | 金属应变片 | USD3857.0 |
| 海伯森 | 060S | 金属应变片 | CNY40000.0 |
| 瑞尔特 | T521 | 金属应变片 | CNY38000.0 |
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随着机器人技术的不断发展，对六维力传感器的需求也在不断增加。六维力传感器是实现柔顺与智能化控制的关键，尤其在力控精度要求高的场景中至关重要。随着AI技术发展和政策扶持，人形机器人商业化进程加快，预计2025年后市场将迅速扩张。尽管人形机器人处于起步阶段，预测其渗透率超过20%后将爆发式增长。人形机器人规模增长潜力巨大，将成为六维力传感器未来最具潜力的应用场景之一。
数据来源：观研天下数据中心整理(zppeng)
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