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机械行业机器人系列报告(八):六维力传感器是高精密
发布时间:Wednesday 17th of April 2024 12:55:43 PM 来源:AYX在线 作者:ayx最新官网下载

  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/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。六维力/力矩传感器能够同时测量三维空间坐标系(OXYZ)内的三个力(Fx、Fy、Fz)和三个力矩(Mx、My、Mz),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/力矩传感器成为必不可少的选项。

  (1)几乎所有力传感器都存在不可消除的维间耦合,为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,虽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,各维差异性显著,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套,其中机器人行业销量达4840套。按均价2~3万元,则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。人形机器人中,六维力/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,其中旋转关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/力矩传感器需求量为4*100万=400万套,一维力/力矩传感器需求量为28*100万=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,原因在于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。假设量产后六维力价格降低至2000元,一维力价格降低至100元,单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为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。六维力/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量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。

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