我国六维力传感器行业销量持续上升机器人领域为富有潜力场景

2024-03-13 09:43

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1、六维力传感器概述

根据所测力的维数不同可分为一维力和多维力传感器，一维力传感器仅可测量单一维数方向上的力或力矩，多维力传感器可以检测多个维数方向上的力或力矩。根据技术原理可将六维力传感器分为应变片式（硅应变和金属箔）、光学式和压电/电容式传感器，每种类型的传感器具有其独特优势和适用范围。比较传感器的稳定性、刚度、动态特性、信噪比与成本，硅应变片在稳定性、信噪比以及动态特性方面优于金属箔，但硅应变片成本较高；电容传感器与压电传感器相比，电容传感器成本最优，其他几项弱于压电传感器；光学传感器在动态特性方面具有优势。

在产业链方面，六维力传感器行业上游主要是弹性体、应变片、电路板、粘接剂和外壳等，下游主要应用于汽车行业的碰撞测试、轮毂、座椅等零部件测试及航空航天、生物力学、医疗领域、科研实验、机器人与自动化等领域，其中在机器人领域的应用占据较大的市场份额。

六维力传感器行业产业链图解

<strong>六维力传感器行业产业链图解</strong>

资料来源：观研天下整理

2、我国六维力传感器市场增速强劲，销量持续上升

近年来，随着机器人、汽车等下游市场快速发展，我国六维力/力矩传感器市场增速强劲，销量持续上升。根据数据，2022年，我国六维力/力矩传感器销量8360套，同比增长58%，预计2027年销量突破8.4万套，复合增速超60%；2022年市场规模2.39亿元，同比增长52%，预计2027年市场规模超15亿元。

数据来源：观研天下整理

3、六维力传感器行业应用场景丰富

根据观研报告网发布的《中国六维力传感器行业现状深度分析与投资前景研究报告（2024-2031年）》显示，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，其中在机器人领域应用广泛，行业下游多元应用场景。

六维力传感器行业应用场景及代表企业情况

领域	应用场景	用途及特点	代表企业
航空航天	飞行测试	六维力传感器可用于测量飞机包括起飞、飞行、降落等各个阶段下的六轴力信息，帮助测试人员更准确分析飞行器的性能和状况	ATI、坤维科技、航天四院四十四所
	空间站	六维力传感器可以测量飞行器受到的冲击和震动以及宇航员在工作时产生的动力学数据等
	火箭发射	六维力传感器可以实时监测火箭的加速度、角度、速度等数据，并帮助控制中心调整火箭的姿态和飞行路线，确保执行任务的准确性和安全性
	空气动力学研究	六维力/力矩传感器可用于风洞试验中，测量模型在气流中所受的力和力矩。这有助于研究飞行器的气动性能、稳定性和控制特性，以及优化设计
汽车	汽车安全设备测试	六维力传感器可以更加准确测量安全气囊部件和安全带拉力及其各个方向的力矩，以提高测试数据的精确性	ATI、宇立仪器、ME-Messsysteme GmbH、海伯森等
	高速碰撞测试	六维力传感器可以准确测量汽车在撞击后的变化，同样也可以测量车内人员受到的各方向力及力矩，从而为汽车安全性评估提供准确的数据
	性能测试	六维力传感器可以帮助精确测试一些汽车性能参数，比如制动距离、制动时间、轮胎磨损程度等，从而为汽车制造商提供更为详尽和准确的汽车性能数据
	车身刚度测试	通过在车身上施加力和力矩，可以测量车身的变形和应力分布情况，从而评估车身的刚度和强度，为汽车设计和制造提供参考
	车辆动力学测试	通过在车辆上安装六维力和力矩传感器，可以测量车辆在行驶过程中的力和力矩分布情况，从而评估车辆的动力学性能和稳定性
工业-打磨/协作/装配/铣削机器人等	力控制	测量机器人末端执行器施加的力和力矩，从而实现机器人的力控制。比如装配、抛光打模等应用	ATI、坤维科技、鑫精诚、宇立仪器、蓝点触控、海伯森、Robotous、Sintokogio、WACOH-TECH等
	力觉反馈	将机器人末端执行器施加的力和力矩转换成电信号，通过控制系统反馈给机器人，从而实现力觉反馈
	质量检测	测量机器人末端执行器施加的力和力矩，从而实现对产品质量的检测。比如在焊接过程中测量焊接枪施加的力度和方向，判断焊接质量是否符合要求
	动态控制	测量机器人末端执行器施加的力和力矩，从而实现机器人的动态控制。比如在搬运过程中，帮助机器人实现动态控制，更加高效完成搬运任务
医疗手术和康复	血管介入手术机器人	主要用于测量手术器械在受力状态下的偏移变化，这可以帮助医生实现更精准的手术定位和切割操作	ATI、坤维科技、鑫精诚、海伯森、蓝点触控、埃力智能等
	康复机器人	可以测量患者运动时的各种数据，如角度、速度、加速度、力矩和路径等，使得治疗师有可能从中发现数据与治疗结果之间对应的关系。这可以帮助医生全面评估康复状况和进展，更好地设计康复方案
	外科手术机器人	可以精确测量机器人末端的力和力矩信息，以确保手术器械在精度和灵敏度方面的最佳表现。这对于完成高难度手术和精密手术非常重要

资料来源：观研天下整理

4、机器人是六维力传感器重要应用领域，人形机器人成为未来富有潜力的场景

目前，在工业机器人领域，根据场景需要有不同的机械臂柔顺控制技术可以匹配，其中主动柔顺技术应用在力控精度要求高的场景，包括直接力控和间接力控。而六维力传感器已是机器人实现柔顺化、智能化控制的重要部分，可为机器人运动控制提供力信息，从而完成复杂、精细作业。尤其是在人形机器人中，六维力可搭载在手腕、脚踝、灵巧手等部位，可实现高精度力控、摆动稳定控制和安全控制等。

人形机器人中六维力传感器的作用

应用场景	用途及特点
力控	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施加在物品上的力和力矩，以便机器人控制系统进行精密控制
摆动稳定控制	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
安全控制	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

资料来源：观研天下整理

而在人工智能为代表的第四次工业革命中，我国出台多项促进人形机器人产业发展的政策，率先进行大量的前瞻性技术布局，为我国人形机器人行业发展打下坚实的基础，拓展应用领域，加快商业化进程，促进市场规模的不断扩大，预计到2030年市场规模有望达约8700亿元。因此，机器人作为六维力传感器重要应用领域，成为行业未来富有潜力的场景。

数据来源：观研天下整理

我国人形机器人行业相关政策

时间	政策	主要内容
2023.06	《关于开展2023年工业和信息化质量提升与品牌建设工作的通知》	提升电子装备、数控机床和工业机器人的安全性和可靠性水平,积极开展整机产品、零部件等对标验证,持续推进工业机器人核心关键技术验证与支撑保障服务平台能力建设。
2023.01	《“机器人+”应用行动实施方案》	提出到2025年，制造业机器人密度较2020年实现翻番,服务机器人、特种机器人行业应用深度和广度显著提升。聚焦10大应用重点领域，突破100种以上机器人创新应用技术及解决方案，推广200个以上具有较高技术水平、创新应用模式和显著应用成效的机器人典型应用场景。
2022.08	《推进家居产业高质量发展行动方案》	推广生活服务类机器人等产品研发应用。
2022.06	《关于推动轻工业高质量发展的指导意见》	升级创新扫地机器人等新兴小家电、白酒酿造机器人等产品。
2021.12	《“十四五”智能制造发展规划》	推动智能移动机器人、半导体(洁净)机器人、协作机器人、自适应机器人等新型装备的发展。
2021.12	《“十四五”机器人产业发展规划》	到2025年，我国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地。-批机器人核心技术和高端产品取得突破，整机综合指标达到国际先进水平，关键零部件性能和可靠性达到国际同类产品水平。机器人产业营业收入年均增速超过20%。
2021.10	《智慧健康养老产业发展行动计划(2021-2025年》》	攻关适用于家庭服务机器人的环境感知、脑机接口、自主学习等关键技术:支持发展能够提高老年人生活质量的家庭服务机器人:重点发展外骨骼机器人，以及具有情感陪护.娱乐休闲、家居作业等功能的智能服务型机器人:鼓励发展能为养老护理员减负赋能、提高工作效率及质量的搬运机器人。
2021.07	《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》	发展基于5G技术的服务机器人，不断丰富5G应用载体。