制造產(chǎn)業(yè)人形機(jī)器人行業(yè)感知硬件專題：人形機(jī)器人的五類感官和硬件支撐

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IMU能力的匯川技術(shù)奧普光電禾川科技和昊志機(jī)電得關(guān)注，首次給予人形機(jī)器人行業(yè)“強(qiáng)于大市”評(píng)級(jí)。李越機(jī)械行業(yè)首席分析師S1010521010008

重點(diǎn)公司盈利預(yù)測(cè)及投資評(píng)級(jí)收盤價(jià)（元）22A（元）22A23E24E25E22A23E24E25E峰岹科技688279.SH104.631.681.842.392.9475574436-柏楚電子*688188.SH232.583.284.806.278.1472483729買入鑫宏業(yè)301310.SZ66.301.992.333.454.6144281914昊志機(jī)電300503.SZ16.080.07---225----禾川科技688320.SH35.590.651.081.602.0867332217-奧比中光688322.SH-UW31.99-0.77-0.52-0.160.21-49-62-200152-柯力傳感* 603662.SH27.590.921.161.431.7731241916-漢威科技* 300007.SZ16.200.851.250.941.4320131711買入芯動(dòng)聯(lián)科 688582.SH41.470.340.430.630.88138966647-匯川技術(shù)* 300124.SZ67.311.621.982.432.8742342823買入奧普光電 002338.SZ32.480.340.841.171.62104392820-

EPS（元） PE評(píng)級(jí)紀(jì)敏制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)席首席分析師S1010520030002付宸碩國防與航空航天首席分析師S1010520080005

資料來源：，預(yù)測(cè)注：股價(jià)為2023年8月14日收盤價(jià)；柯力傳感、漢威科技匯川技術(shù)、柏楚電子2023-25年數(shù)據(jù)為預(yù)測(cè)，其余公司2023-25年數(shù)據(jù)為一致預(yù)期人形機(jī)器人行業(yè)級(jí) ）目錄人形機(jī)器人加速發(fā)展，感知能力愈發(fā)重要 6人形機(jī)器人迅速迭代，國內(nèi)外廠商加速布局 6人形機(jī)器人是具身智能的重要載體，AI發(fā)展賦能機(jī)器人感知 10人形機(jī)器人更加智能化，所需的感知硬件遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)機(jī)器人 15五類感官類比人體，相關(guān)硬件必不可少 19交互控制：人形機(jī)器人的“大腦” 19視覺傳感：人形機(jī)器人的“眼睛” 23力控傳感：人形機(jī)器人的“觸覺” 27位移姿態(tài)傳感：人形機(jī)器人的“小腦” 32運(yùn)動(dòng)控制傳感：人形機(jī)器人的“末梢神經(jīng)” 35風(fēng)險(xiǎn)因素 37投資策略 38插圖目錄圖機(jī)器人迭代速度快 6圖Bot和汽車共用AI系統(tǒng)、芯片及部分傳動(dòng)零部件 6圖3：波士頓動(dòng)力Atlas機(jī)器人發(fā)展歷程 7圖4：特斯拉在中國建廠后，我國新能源車銷量快速增長(zhǎng) 7圖5：各大廠商的仿人形機(jī)器人產(chǎn)品 9圖6：全球智能服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品及解決方案的市場(chǎng)規(guī)模 10圖7：全球人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模 10圖8：第一人稱智能與第三人稱智能 圖9：PIE方案 圖10：視覺與語言Transformer技術(shù)的演進(jìn) 12圖機(jī)器人根據(jù)用戶的自然語言進(jìn)行代碼調(diào)試 13圖12：ViT模型架構(gòu) 13圖13：RobotCat學(xué)習(xí)任務(wù)的過程 14圖14：人工智能的三代系統(tǒng)范式 14圖15：人形機(jī)器人與人體類似，主要分為控制、感知和執(zhí)行三大系統(tǒng) 15圖16：編碼器在工業(yè)機(jī)器人中廣泛使用 16圖17：協(xié)作機(jī)器人用力矩傳感器 16圖18：3D視覺傳感器在服務(wù)機(jī)器人、AGV中的應(yīng)用 16圖19：無人機(jī)、移動(dòng)機(jī)器人使用IMU進(jìn)行導(dǎo)航 16圖20：以特斯拉Optimus為代表的人形機(jī)器人組成全景圖及相關(guān)的國內(nèi)上市公司 17圖21：特斯拉人形機(jī)器人各組成部分成本占比測(cè)算 18圖22：特斯拉人形機(jī)器人各零部件成本占比測(cè)算 18圖23：ROBOT-Ⅰ的控制系統(tǒng) 20圖24：人形機(jī)器人硬件架構(gòu)的整體方案 21圖25：人形機(jī)器人控制軟件的整體方案 21圖機(jī)器人的大腦BotBrain需用SoC芯片 22圖27：伺服驅(qū)動(dòng)器的組成結(jié)構(gòu)示意 22圖28：加入FPGA進(jìn)行協(xié)同控制的機(jī)器人控制系統(tǒng) 22圖29：智能控制器代表產(chǎn)品示意 23圖30：PLC代表產(chǎn)品示意 23圖31：FSD視覺感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 25圖32：FSD視覺感知系統(tǒng)已嵌入特斯拉機(jī)器人 25圖33：FSD系統(tǒng)為Optimus做路徑規(guī)劃 25圖34：FSD為Optimus估計(jì)行動(dòng)和姿勢(shì) 25圖35：中國機(jī)器視覺市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè) 26圖36：機(jī)器視覺系統(tǒng)成本拆分 26圖37：機(jī)器視覺行業(yè)圖譜 27圖38：協(xié)作機(jī)器人做不規(guī)則表面拋光需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)力反饋控制 27圖39：特斯拉機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)對(duì)四肢力量的精準(zhǔn)控制 27圖40：特斯拉機(jī)器人的力傳感器 28圖41：ARTEMIS機(jī)器人足部的力傳感器 28圖42：一維、三維、六維力傳感器的選擇 29圖六維力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 29圖44：硅基金屬箔等電阻應(yīng)變片具有更好的性能優(yōu)勢(shì) 29圖45：柔彈性電子皮膚觸覺傳感器及其柔彈性展示 31圖46：覆蓋電子皮膚柔性觸覺傳感器的WENDY機(jī)器人 31圖47：柔性傳感器下游應(yīng)用場(chǎng)景 31圖48：能斯達(dá)ZNS-01手套型柔性薄膜壓力傳感器 31圖49：IMU在機(jī)器人上的應(yīng)用 32圖50：IMU示意圖 33圖51：姿態(tài)傳感器MPU6050 33圖52：全球MEMS慣性傳感器市場(chǎng)規(guī)模 33圖53：中國MEMS慣性傳感器市場(chǎng)規(guī)模 33圖54：IMU等級(jí)劃分及參考價(jià)格 34圖55：MEMS陀螺儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 34圖56：芯動(dòng)聯(lián)科MEMS慣性產(chǎn)品主要用途 35圖57：伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 36圖58：人形機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)需用編碼器 36圖59：光柵位移傳感器（光編碼器）工作原理 36圖60：磁編碼器結(jié)構(gòu)示意圖 36圖61：磁編碼器因體積和抗干擾性優(yōu)勢(shì)更適用于雙編碼器方案 37圖62：國內(nèi)編碼器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局 37表格目錄表1：各大主流機(jī)器人公司產(chǎn)品對(duì)比 8表2：部分國內(nèi)外機(jī)器人創(chuàng)業(yè)公司推出人形機(jī)器人 9表3：特斯拉機(jī)器人硬件BOM成本表 17表4：人形機(jī)器人主要感知環(huán)節(jié)及其相關(guān)軟硬件 19表5：控制器分類 19表6：機(jī)器人控制方式對(duì)比 20表7：機(jī)器視覺與人類視覺對(duì)比 23表8：3D視覺感知主要技術(shù) 24表9：主要人形機(jī)器人廠商所用3D視覺技術(shù) 26表10：不同類型力控方式原理及優(yōu)缺點(diǎn) 28表全球和國內(nèi)力控傳感器部分參與企業(yè) 30表12：人形機(jī)器人相關(guān)（擬）上市公司 38表13：人形機(jī)器人相關(guān)感知硬件國產(chǎn)廠商市場(chǎng)空間測(cè)算 39▌人形機(jī)器人加速發(fā)展，感知能力愈發(fā)重要人形機(jī)器人迅速迭代，國內(nèi)外廠商加速布局特斯拉機(jī)器人迭代迅速，歷時(shí)8個(gè)月便可執(zhí)行復(fù)雜動(dòng)作。202210月，在特斯拉AIDayOptimus20233月的投資者日中，Optimus便展現(xiàn)了步行以及組裝機(jī)器人的工作20235月的股東大會(huì)上，Optimus已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的抓取等復(fù)雜動(dòng)作。馬斯克提出，OptimusOptimus量產(chǎn)實(shí)現(xiàn)。圖1：Tesla機(jī)器人迭代速度快資料來源：2022特斯拉AIDay、2023特斯拉投資者日、2023特斯拉股東大會(huì)，特斯拉強(qiáng)大的供應(yīng)鏈及解決方案有望加速人形機(jī)器人量產(chǎn)進(jìn)程。目前人形機(jī)器人商業(yè)化量產(chǎn)的瓶頸主要可歸結(jié)為技術(shù)、成本和應(yīng)用場(chǎng)景三個(gè)方面。但特斯拉在三大瓶頸方面均有特有優(yōu)勢(shì)。1）FSDDOJOD1超級(jí)計(jì)算芯片的特斯6形機(jī)器人提供巨大的試驗(yàn)田，早期版本的機(jī)器人將在工廠中進(jìn)行大量訓(xùn)練，并不斷迭代，解決了大多數(shù)廠商早期尋找應(yīng)用場(chǎng)景這一大難題。圖2：TeslaBot和汽車共用AI系統(tǒng)、芯片及部分傳動(dòng)零部件資料來源：特斯拉官網(wǎng)Atlas為例，根據(jù)波士頓動(dòng)力官網(wǎng)，Atlas40年的發(fā)展歷史，1983年-2013LegLab走Atlas基本完成了簡(jiǎn)單的肢體動(dòng)作和行走能力，2016Atlas開始具有簡(jiǎn)單的物體搬運(yùn)功能，并且沒有靈巧手，2019Atlas40Atlas200萬美元以上。圖3：波士頓動(dòng)力Atlas機(jī)器人發(fā)展歷程資料來源：波士頓動(dòng)力官網(wǎng)，特斯拉或在機(jī)器人行業(yè)再次帶來鲇魚效應(yīng)?；仡櫺履茉雌囋谥袊袌?chǎng)的發(fā)展史，特斯拉這條“鲇魚”對(duì)于我國新能源汽車升級(jí)與降本帶來巨大推動(dòng)作用。201911Model3售價(jià)下調(diào)，35.5829.9圖4：特斯拉在中國建廠后，我國新能源車銷量快速增長(zhǎng)0

新能源車銷（萬） 新能源車滲率68926%35213%7868926%35213%781261211373%4%5%5%

30%25%20%15%10%5%0%資料來源：，ASIMOAtlasAgilityRobotWalkersCyberOneOptimusAgilityRobot2022年B+輪融資的投資者中，出現(xiàn)了亞馬遜及索尼。國內(nèi)外巨頭紛紛下場(chǎng)加碼人形機(jī)器人，人形機(jī)器人有望迎來快速發(fā)展。身高130cm150cm158cm身高130cm150cm158cm130cm177cm173cm體重48kg75kg45kg63kg52kg56kg應(yīng)用場(chǎng)景展覽搜索、救援、軍事物流、工業(yè)檢測(cè)教育、展覽暫無家務(wù)、工業(yè)等本田ASIMO波士頓AtlasAgilityRobotDigit優(yōu)必選Walkers小米CyberOne特斯拉Optimus國家日本美國美國中國中國美國開發(fā)時(shí)間2000年2013年2015年2018年2022年8月2022年10月價(jià)格300-400萬美元200萬美元+幾十萬美元幾十萬到幾萬 成本60-70萬元量產(chǎn)價(jià)2萬美元元人民不等 人民幣特點(diǎn)產(chǎn)業(yè)化水

樓梯

可跳舞、后空翻

20196

具有室外行走能力，量產(chǎn)能力

具有行走能力

擁有人類靈活雙手，AI技術(shù)強(qiáng)原型機(jī)公布，預(yù)計(jì)平示意圖

未產(chǎn)業(yè)化 實(shí)驗(yàn)室

目前幾十臺(tái)

已商業(yè)落地 未商業(yè)化

年量產(chǎn)資料來源：各公司官網(wǎng)，注：AgilityRobotDigit、特斯拉Optimus預(yù)測(cè)信息來自于其官網(wǎng)或發(fā)布會(huì)國內(nèi)外機(jī)器人創(chuàng)業(yè)公司也紛紛推出人形機(jī)器人或產(chǎn)品。國內(nèi)機(jī)器人行業(yè)創(chuàng)業(yè)公司如追覓科技、達(dá)闥科技等先后推出自己的雙足人形機(jī)器人，國內(nèi)四足機(jī)器人領(lǐng)先企業(yè)宇樹科技也在加入到人形機(jī)器人的研發(fā)中，騰訊RoboticsX實(shí)驗(yàn)室推出自研機(jī)器人靈巧手“TRX-Hand”和機(jī)械臂“TR-m68.7億元。國外方面，OpenAIA21XTechnologies，旨在將其強(qiáng)大的AIAGI的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。表2：部分國內(nèi)外機(jī)器人創(chuàng)業(yè)公司推出人形機(jī)器人公司 公司介紹 產(chǎn)品圖示20172023年3月，追覓推出其人形機(jī)器人該款通用人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了高度仿生，身高追覓科技

4463AI大型語言模型，具備高質(zhì)量的對(duì)話溝通能力。達(dá)闥科技達(dá)闥科技2019Ginger人形機(jī)器人，唯一可規(guī)?；慨a(chǎn)、可雙手工作的人形智能機(jī)器人。CEO20221XTechnologies1XTechnologies成立于2014年，原名HalodiRobotics，專注于開發(fā)具有高度靈活性和可擴(kuò)展性的人形機(jī)器人。1XTechnologies的旗艦產(chǎn)品是EVE，一款擁有兩臂、1XTechnologies 1XTechnologies還在研發(fā)一款名為NEO的雙足機(jī)器人。2023年3月被OpenAI于A2輪融資領(lǐng)投。RoboticsX2018騰訊RoboticsX機(jī)器人”。實(shí)驗(yàn)室2023年4月，發(fā)布了靈巧操作研究成果，并推出自研機(jī)器人靈巧手“TRX-Hand”和機(jī)械臂“TRX-Arm”。資料來源：各公司官網(wǎng)，2021320228Max2021820227月發(fā)布首款四足機(jī)器人。此外一些在機(jī)器人領(lǐng)域深耕多年的創(chuàng)業(yè)公司也擁有A1X20E系SpotIITHyQReal。（1）仿生步態(tài)下運(yùn)動(dòng)能力較傳統(tǒng)履帶/四輪雙輪機(jī)器人大幅提升（（3）依靠算法能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境識(shí)別并實(shí)施決策。圖5：各大廠商的仿人形機(jī)器人產(chǎn)品資料來源：各大公司官網(wǎng)，預(yù)計(jì)到2027年，全球人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到141億美元。根據(jù)優(yōu)必選招股書，2026676億美元，2021年到2026年CAGR達(dá)到25%。而根據(jù)StratisticsMarketResearchConsultng7年達(dá)到10年到CAGR58%。圖6：全球智能服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品及解決方案的市場(chǎng)規(guī)模（億美元）智能個(gè)人/家庭務(wù)機(jī)人 智能專服務(wù)器人0資料來源：弗若斯特沙利文（轉(zhuǎn)引自優(yōu)必選招股書，含預(yù)測(cè)），

圖7：全球人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模（億美元）資料來源：StratisticsMarketResearchConsulting（含預(yù)測(cè)），人形機(jī)器人是具身智能的重要載體，AI發(fā)展賦能機(jī)器人感知ITFWorld2023與物理世界互動(dòng)的智能系統(tǒng)。具身智能是具有身體體驗(yàn)的智能。1950年，圖靈在他的論文“ComputingMachineryandIntelligence”中首次提出了具身智能的概念。之后的幾十年里，大家都覺得這是一個(gè)1963就變成了第一人稱的智能，也就無限接近于人類。圖8：第一人稱智能與第三人稱智能資料來源：盧策吾在機(jī)器之心AI科技年會(huì)上發(fā)表的《具身智能》演講教授在機(jī)器之心I科技年會(huì)中提出了IE方案，即具身感知（erceton、具身想象（manton）和具身執(zhí)行（xecuton。IE整的碎片，機(jī)器人總是能成功抓取。圖9：PIE方案資料來源：盧策吾在機(jī)器之心AI科技年會(huì)上發(fā)表的《具身智能》演講充分利用與學(xué)習(xí)?！癎TIG-4G-4OpenAI發(fā)布的大型多模態(tài)模型，它不僅能與用戶一起生成、編輯，完成創(chuàng)意的迭代GPT的主要TransformerTransformer技術(shù)，GPT-112層，而到GPT-396層。GPT-4增加了額外的視覺語言模塊，理論上具有更大的模型尺寸和輸入窗口。圖10：視覺與語言Transformer技術(shù)的演進(jìn)資料來源：陳巍《GPT-4模型特征與訓(xùn)練信息最新解讀》ChatGPTSaiVempralaChatGPT的目標(biāo)是讓非技術(shù)用戶參與到修正過程中，通過高級(jí)語言命令與語有望幫助編寫新代碼和規(guī)范來糾正機(jī)器人的行為，因此允許了不懂技術(shù)的廣大用戶提供反饋，輕松地與機(jī)器人互動(dòng)，圖11：機(jī)器人根據(jù)用戶的自然語言進(jìn)行代碼調(diào)試資料來源：SaiVemprala、RogerioBonatti、ArthurBucker&AshishKapoor“ChatGPTforRobotics:DesignPrinciplesandModelAbilities”統(tǒng)一了CV和NLP模型將語言模型的trafomerCNNCV和NLP年0sonasfomrTCNNrasfomr結(jié)構(gòu)應(yīng)用于視覺模型也可以很好地執(zhí)行圖像分類任務(wù)。Transformer將句子中的每個(gè)詞（token）MLP層將編碼器的輸出轉(zhuǎn)化為不同分類的概率。圖12：ViT模型架構(gòu)資料來源：AlexeyDosovitskiy、LucasBeyer、AlexanderKolesnikovetal.“AnImageisWorth16x16Words:TransformersforImageRecognitionatScale”如谷RoboCatGatoGatoRoboCat次任務(wù)的RoboCat可被移植到新的機(jī)械臂上，對(duì)新的機(jī)械臂進(jìn)行微調(diào)后執(zhí)行相同的任務(wù)，RoboCat在幾小時(shí)內(nèi)觀察1000次人工演示后，可以靈巧的指揮新手臂抓取齒輪，成功率高達(dá)86%。RoboCat的出現(xiàn)為未來更加通用的機(jī)器人出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。圖13：RobotCat學(xué)習(xí)務(wù)的程 資料來源：：KonstantinosBousmalis、GiuliaVezzani,、DushyantRaoetal.“RoboCat:ASelf-ImprovingFoundationAgentforRoboticManipulation”AI著感知，第二代系統(tǒng)“模型”對(duì)應(yīng)著思考，第三代系統(tǒng)“行動(dòng)”對(duì)應(yīng)著實(shí)現(xiàn)，目前GPTBot發(fā)展離不開感知能力的不斷提升。圖14：人工智能三代統(tǒng)范式 資料來源：陸奇《我的大模型世界觀》人形機(jī)器人更加智能化，所需的感知硬件遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)機(jī)器人包括器官、神經(jīng)、大腦皮層等，在人形機(jī)器人中體現(xiàn)為各類傳感器；執(zhí)行類似于骨骼肌，包括線性執(zhí)行器、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器、靈巧手等。圖15：人形機(jī)器與人類似主要分控制感知執(zhí)行大統(tǒng) 資料來源：工控網(wǎng)，坤維科技官網(wǎng)，特斯拉官網(wǎng)，星網(wǎng)宇達(dá)官網(wǎng)，對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)器人而言，除編碼器外，多數(shù)工業(yè)機(jī)器人不需要其他的感知硬件，部分特定種類的機(jī)器人僅需要單一感知硬件，而人形機(jī)器人則集成使用類各類感知硬件。編碼器3D移導(dǎo)航，IMU（慣性測(cè)量單元）為無人機(jī)等無人移動(dòng)系統(tǒng)提供導(dǎo)航和姿態(tài)控制等。圖16：編碼器在業(yè)機(jī)人中泛使用 圖17：協(xié)作機(jī)器用力傳感器 資料來：《控機(jī)結(jié)構(gòu)理應(yīng)用》陳子） 資料來：坤科技網(wǎng)圖18：3D視覺傳器在務(wù)機(jī)人、AGV中的用 圖19：無人機(jī)、動(dòng)機(jī)人用IMU進(jìn)行導(dǎo)航資料來：奧中光網(wǎng)，GGII《2023年機(jī)器覺產(chǎn)發(fā)展皮書》 資料來：欣特科官網(wǎng)Optimus為例，其感知系統(tǒng)至少需要視覺傳感器、力（力矩）傳感器、IMU（慣性測(cè)量單元、編碼器及主控芯片等感知硬件。2022AIDay2023年投資者交流日信息，Optimus的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器由無框力矩電機(jī)+諧波減速器+雙編碼器+制動(dòng)器+力矩傳感器+低壓驅(qū)動(dòng)+軸承等組成，直線執(zhí)行器由無框力矩電機(jī)+行星滾柱絲杠編碼器+力矩傳感器+驅(qū)動(dòng)器+軸承等組成，靈巧手由空心杯電機(jī)+手指緊握?qǐng)?zhí)行器+低壓驅(qū)動(dòng)+編碼器組成，均需要使用大量DevelopmentandReal-TimeOptimization-basedConrolofaFul-siedHumaodforDnamcWakngadRunng（Mnunghn，UCL所示的rtms（半直驅(qū)圖20：以特斯拉Optimus為代的人形器人成全圖及關(guān)國內(nèi)上公司 資料來源：特斯拉官網(wǎng)，各公司官網(wǎng)，“DevelopmentandReal-TimeOptimization-basedControlofaFull-sizedHumanoidforDynamicWalkingandRunning”（MinSungAhn，UCLA），繪制注：圖中公司僅表示其在相關(guān)業(yè)務(wù)上有布局，不代表實(shí)際供貨以特斯拉人形機(jī)器人Optimus為例進(jìn)行硬件BOM分拆成本測(cè)算，我們認(rèn)為2萬美我Optimus測(cè)算后可得當(dāng)前單臺(tái)機(jī)器人的硬件的總成本約為7萬元人民幣（約合4萬美元，該2萬美元的降本目標(biāo)實(shí)現(xiàn)可期。不包括旋轉(zhuǎn)和線性執(zhí)行器，僅感知交互系統(tǒng)自身硬件，就占總硬件成本的IMU案。表3：特斯拉機(jī)器人硬件BOM成本表（貨幣：人民幣）組成分類組成數(shù)量零部件名稱零部件數(shù)量零部件平均價(jià)值量單個(gè)機(jī)器人總價(jià)值（元）量（萬元）諧波減速器110001.4無框力矩電機(jī)110001.4力矩傳感器120002.8旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器14編碼器25001.4軸承3500.21低壓驅(qū)動(dòng)器15000.7制動(dòng)器12000.28組成分類組成數(shù)量零部件名稱零部件數(shù)量零部件平均價(jià)值量單個(gè)機(jī)器人總價(jià)值（元）量（萬元）其他及總成10001.4無框力矩電機(jī)110001.4行星滾柱絲杠110001.4力矩傳感器130004.2線性執(zhí)行器14編碼器15000.7軸承2500.14低壓驅(qū)動(dòng)器15000.7其他及總成10001.4空心杯電機(jī)610001.2低壓驅(qū)動(dòng)器65000.6靈巧手2緊握?qǐng)?zhí)行器52000.2編碼器65000.6其他及總成-10000.2攝像頭及相機(jī)240000.8SoC芯片150000.5感知交系統(tǒng)

IMU 1 2000 0.2通信線纜 - 1000 0.1其他控制硬件及總成

- 5000 0.5動(dòng)力系統(tǒng)1動(dòng)力線纜動(dòng)力系統(tǒng)1動(dòng)力線纜-10000.1其他1其他結(jié)構(gòu)件-100001.0總計(jì)BOM成本24.73資料來源：測(cè)算注：零部件種類和數(shù)量來自于特斯拉AIDAY，成本為當(dāng)前非量產(chǎn)下國內(nèi)主要公司相關(guān)產(chǎn)品參考價(jià)格，不含軟件、研發(fā)及供應(yīng)鏈成本以及量產(chǎn)規(guī)模降本圖21：特斯拉人機(jī)器各組部分成占比算 圖22：特斯拉人機(jī)器各零件成本比測(cè)算8%2%4%線性執(zhí)器 旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器 靈巧感知交系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng) 其他8%2%4%

力矩傳感器無框力電機(jī) 編碼器 3%低壓驅(qū)動(dòng) 3%諧波減速及制動(dòng)器

31%11%

37%

38%

滾柱絲杠 5%空心杯視覺傳感 6%主芯片及IMU軸承 7%動(dòng)力電池緊握?qǐng)?zhí)器 線纜其他控制及結(jié)構(gòu)件

12%

12%資料來源：測(cè)算注：測(cè)算依據(jù)同上 資料來源：測(cè)算注：測(cè)算依據(jù)同上▌五類感官類比人體，相關(guān)硬件必不可少人形機(jī)器人的感知環(huán)節(jié)主要可以分為交互控制、視覺傳感、力控傳感、位移姿態(tài)傳感及執(zhí)行環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制傳感，均涉及相關(guān)軟件算法和硬件零部件。人形機(jī)器人各個(gè)零部件環(huán)節(jié)可以形象地看作人類的“大腦”、“眼睛”、“觸覺”、“小腦”、“末梢神經(jīng)”等，且感知環(huán)節(jié)各部分均包含軟硬件算法，從硬件端來看，均在整體BOM中占據(jù)一定價(jià)值量，主要包括力矩傳感器、視覺傳感器、IMU等，且我國廠商有望在硬件制造端持續(xù)發(fā)力。表4：人形機(jī)器人主要感知環(huán)節(jié)及其相關(guān)軟硬件交互控制 視覺傳感 力控傳感 位移姿態(tài)傳感 運(yùn)動(dòng)控制傳感算法算法、控制算法法硬件算法算法、控制算法法硬件主控芯片、控制器3D視覺傳感器（光源、鏡頭、相機(jī)、（慣性測(cè)量單元柔性壓力傳感 編碼器光柵尺采集卡、處理器等）器（電子皮膚）

圖像識(shí)別與處理算

解耦算法 姿態(tài)解算法 閉環(huán)控算法（IMU）資料來源：交互控制：人形機(jī)器人的“大腦”PLCIPC+PLC由于其優(yōu)秀的集成封裝和二次開發(fā)特性，非常適用于一般的工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制；PC-based表5：控制器分類分類 組成 特點(diǎn) 應(yīng)用 圖例單片機(jī)為核心的專用控制器PLC制器

單一芯片集成基本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自控技術(shù)與計(jì)算機(jī)集成工控系統(tǒng)

智能電計(jì)算機(jī)通用平計(jì)算機(jī)通用平IPC+PC-based臺(tái)與實(shí)時(shí)軟件運(yùn)動(dòng)控制卡系統(tǒng)集成系統(tǒng)通用性強(qiáng)，構(gòu)建速度快，能夠滿足復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的算法要求，抗干擾能力和開放性強(qiáng)，缺點(diǎn)是外部接入，不方便移動(dòng)工業(yè)機(jī)器資料來源：工控網(wǎng)，華聯(lián)電子官網(wǎng)，信捷電氣官網(wǎng)，維宏股份官網(wǎng)，（力矩（力矩工業(yè)機(jī)器人的控制方式主要有（T（C（力矩控制方式，（力矩多和要求更高的控制器。表6：機(jī)器人控制方式對(duì)比分類 特點(diǎn) 應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊點(diǎn)位控制方式力（力矩控制方式智能控制方式

只要求工業(yè)機(jī)器人能夠快速、準(zhǔn)確地在相鄰各點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡則不作任何規(guī)定對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中的位姿進(jìn)行連續(xù)的控制，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而且速度可控、軌跡光滑、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以完成作業(yè)任務(wù)原理與位置伺服控制原理基本相同，輸入量和反饋量不是位置信號(hào)，而是力（力矩）信號(hào)采用智能控制技術(shù)，使機(jī)器人具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性及自學(xué)習(xí)能力。智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于近年來人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展

等只要求目標(biāo)點(diǎn)處保持末端執(zhí)行器位姿準(zhǔn)確的作業(yè)中工業(yè)機(jī)器人弧焊、噴漆、去毛邊和檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人都采用這種控制方式打磨、裝配等具有協(xié)作和力反饋特性的機(jī)器人具有智能特性的人形機(jī)器人資料來源：Ofweek網(wǎng)，主控、協(xié)調(diào)和分布控制有望成為人形機(jī)器人最主要的控制方式，因此硬件方面需要主控芯片及控制器、通信線纜以及關(guān)節(jié)分部控制器等。特斯拉投資者開放日所展示人形機(jī)器OptimusSOC主控芯片，因此，不同于其他機(jī)器人，人形機(jī)器人有望采用主控、協(xié)同和分布控制對(duì)的方式，ROBOT-圖23：ROBOT-Ⅰ的控制系統(tǒng)資料來源：張?jiān)隆峨p足人形機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃和穩(wěn)定性研究》芯片。展示了人形機(jī)器人的軟硬件架構(gòu)方案，其硬件最底層即為反應(yīng)層，包含各類感知傳感器，傳感器接受到相關(guān)信號(hào)后交由思考層進(jìn)行決策處理，軟件執(zhí)行層進(jìn)行動(dòng)作規(guī)劃，最后通過AIAIDojoDojoVenkataramananDojoAIDojoAI算法的重任，就是特斯拉自研神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練芯片——D1芯片。圖24：人形機(jī)器人硬件架構(gòu)的整體方案資料來源：李沁泠《人形機(jī)器人設(shè)計(jì)及步行控制研究》

圖25：人形機(jī)器人控制軟件的整體方案資料來源：李沁泠《人形機(jī)器人設(shè)計(jì)及步行控制研究》SOC（System-on-a-chip）芯片作為機(jī)器人大腦集成了多項(xiàng)功能，解決了混合式軟件和分級(jí)控制硬件的多項(xiàng)功能，可以視為單片機(jī)在人形機(jī)器人中的進(jìn)化。SOC（System-on-a-chip）即系統(tǒng)級(jí)芯片，是模仿計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，微縮成了一個(gè)微系統(tǒng)，相當(dāng)于MCUSOCSOCBotBrain，用于收集、處理及輸出信息。UCLAArtemisSOCSOCSOC芯片已在服務(wù)機(jī)器人圖26：Tesla機(jī)器人大腦BotBrain需用SoC芯片 資料來源：2022年特斯拉AIDayFPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，F(xiàn)PGA也是一種FPGA之于主控芯DSP（數(shù)字信號(hào)處理）CPU，都是用來解決核心芯片應(yīng)對(duì)復(fù)雜進(jìn)程處理成驅(qū)控一體化。主控芯片一般采用微控制單元（MCU，F(xiàn)GA進(jìn)行輔助，以解決驅(qū)控一MCUARMCortex-M電子，國內(nèi)峰岹科技擁有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)芯片內(nèi)核（ME內(nèi)核）及技術(shù)體系。當(dāng)前FPGA芯片市場(chǎng)由國際企業(yè)主導(dǎo)，如賽靈思、英特爾、萊迪思等，國內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模較小，如安路科技、復(fù)旦微電、紫光同創(chuàng)（紫光國微）FPGA市場(chǎng)。圖27：伺服驅(qū)動(dòng)的組結(jié)構(gòu)意 圖28：加入FPGA進(jìn)行協(xié)同的機(jī)器控制統(tǒng) 資料來：電發(fā)燒友 資料來：《構(gòu)師術(shù)聯(lián)》信公眾號(hào)基于單片機(jī)的智能控制器廠商、可編程邏輯控制器（PLC）廠商及機(jī)器人通信線纜廠商隨著人形機(jī)器人放量和技術(shù)路線的迭代同樣有可能受益。將CPU集成到單塊集成電路出接口等也全部集成在一起則形成了單片機(jī)，內(nèi)主要廠商有拓邦股份、和而泰、和晶科技、朗科智能、華聯(lián)電子（聯(lián)創(chuàng)光電、振邦智能、朗特智能等。PLCMCUMCU基礎(chǔ)上進(jìn)行控制器開發(fā)的能力，、雷賽智能、信捷電氣、埃斯頓、步科股份、新時(shí)達(dá)等。此外，人形機(jī)器人的分級(jí)控制需目前國內(nèi)可從事機(jī)器人控制和通信線纜的代表廠商為鑫宏業(yè)。圖29：智能控制代表品示意 圖30：PLC代表品示意資料來：華電子網(wǎng) 資料來：信電氣網(wǎng)視覺傳感：人形機(jī)器人的“眼睛”視覺傳感器也即機(jī)器視覺，希望通過引入機(jī)器代替眼睛來做判斷和識(shí)別。機(jī)器視覺引入工業(yè)流程通常是希望通過提高效率（從而提高生產(chǎn)力、減少錯(cuò)誤（從而提高質(zhì)量）或中解放出來。表7：機(jī)器視覺與人類視覺對(duì)比性能指標(biāo) 人眼視覺 機(jī)器視覺慢秒的視暫留人眼法清速度 快速運(yùn)的目；人對(duì)圖的理分析速度受多重因素影響，差異較大

快：快門時(shí)間可達(dá)到10微秒右，高速像機(jī)幀率可達(dá)1000觀測(cè)精度 差：64灰度級(jí)，能分微小目標(biāo) 強(qiáng)：256灰度級(jí)，觀測(cè)米級(jí)目標(biāo)弱：對(duì)環(huán)境溫度、濕度的適應(yīng)性差，很環(huán)境要求

多環(huán)境對(duì)人體有損害

強(qiáng)：對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可加防護(hù)裝置客觀性 低：數(shù)無法化，人而異 高：數(shù)可量，標(biāo)統(tǒng)一可靠性 易疲勞，受情緒波動(dòng)影響 強(qiáng)：可持續(xù)工作，效果穩(wěn)定可靠資料來源：奧普特招股說明書，機(jī)器視覺在工業(yè)中的應(yīng)用根據(jù)返回圖像的維度可分為2D和3D視覺，目前機(jī)器視覺在工業(yè)中的應(yīng)用主要以實(shí)現(xiàn)識(shí)別、測(cè)量、定位、檢測(cè)四種功能為主。識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)難度較低，其次為測(cè)量，再次為定位，檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)最高。2D機(jī)器視覺技術(shù)可以獲取x、y2D體積等三維信息，有易受光照變化影響、對(duì)物體運(yùn)動(dòng)敏感度高等局限性。3D機(jī)器視覺技術(shù)相對(duì)與2D技術(shù)提供了更豐富的被攝目標(biāo)信息xz3D3D2D3D重構(gòu)目前主要的技術(shù)有結(jié)構(gòu)光、、、立體視覺、Lidar、工業(yè)三維測(cè)量等。表8：3D視覺感知主要技術(shù)技術(shù) 最佳測(cè)量距離 分辨率 測(cè)量精度 主要適用場(chǎng)景iToF<3.5m中低 機(jī)器人iToF<3.5m中低 機(jī)器人安防控、下3D結(jié)光等AR/VR、近距：中中距：高門禁等dToF<5m低近距：低距：高 手機(jī)后、平后置掃地器等立體視覺<15m高低 汽車側(cè)、室機(jī)器、智安等Lidar<200m低汽車自動(dòng)駕駛、汽車ADAS、低速物流近距：低遠(yuǎn)距：高車自動(dòng)駕駛等工業(yè)三維測(cè)量20mm-30m極高極高 高精度業(yè)測(cè)，材、結(jié)檢測(cè)

近距：高中遠(yuǎn)距：

手機(jī)前置、刷臉支付、刷臉門鎖、服務(wù)資料來源：奧比中光招股說明書，特斯拉機(jī)器人Optimus視覺方案使用了自動(dòng)駕駛解決方案擁有強(qiáng)大的感OccupancyNetworkFSDRegNetBiFPNHead中通過輸出的二進(jìn)制特征圖判定每個(gè)位置是否有目標(biāo)以及目標(biāo)的屬性，這里用到HydraNetsHeadOccupancyNetworkOptimusFSD的視覺感知系統(tǒng)。圖31：FSD視覺感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)資料來源：2021年特斯拉AIDay

圖32：FSD視覺感知系統(tǒng)已嵌入特斯拉機(jī)器人資料來源：2022年特斯拉AIDayOccupancyNetwork對(duì)可視區(qū)域進(jìn)行建模來處理未知不可見場(chǎng)景。目前FSDOptimus的姿勢(shì)和軌跡。圖33：FSD系統(tǒng)為Optimus做路徑規(guī)劃資料來源：2022年特斯拉AIDay

圖34：FSD為Optimus估計(jì)行動(dòng)和姿勢(shì)資料來源：2022年特斯拉AIDay人形機(jī)器人視覺傳感技術(shù)主要使用多目立體視覺和法，特斯拉和UCLA均使用3個(gè)3D相機(jī)即可實(shí)現(xiàn)多目立體視覺。3UCLA是指時(shí)間往返行程采用時(shí)間選通光子計(jì)數(shù)器或電荷積分器外表9：主要人形機(jī)器人廠商所用3D視覺技術(shù)廠商特斯拉Optimus優(yōu)必選WalkerX小米CyberOne波士頓動(dòng)力AtlasUCLAARTEMISToFiToFiToF立體視覺多目多目多目圖示資料來源：各公司官網(wǎng)，《DesignofaHighlyDynamicHumanoidRobot》（Zhu.Taoyuanmin，UCLA），3D視覺市場(chǎng)空間逐漸打開，視覺傳感器除相機(jī)外，還包含其他硬件及軟件，其中成本占比較高的還有工控機(jī)（視覺控制器）和算法軟件。國內(nèi)3D視覺市場(chǎng)隨著視覺要求的202578億元。機(jī)器視覺系統(tǒng)中成本占比也較高。具有全棧開發(fā)能力的公司往往具備產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，此外，AI圖35：中國機(jī)器覺市規(guī)模預(yù)測(cè) 圖36：機(jī)器視覺統(tǒng)成拆分0

3D機(jī)器視覺市場(chǎng)規(guī)模（億元）2D視覺市場(chǎng)規(guī)模（億元）

光源 鏡頭 相機(jī) 工控機(jī) 軟件 其他15.06%19.88%27.11%18.07%10.84%15.06%19.88%27.11%18.07%9.04%資料來源：高工機(jī)器人（GGII，含預(yù)測(cè)）， 資料來源：GGII，目前國外企業(yè)占據(jù)機(jī)器視覺半壁江山，我國自主研發(fā)空間大，人形機(jī)器人需求較大，我國企業(yè)有望受益于3D相機(jī)放量?；魇俊⒖的鸵暤葒夤疽呀?jīng)形成了較為全面的產(chǎn)品覆蓋，也是目前機(jī)器視覺市場(chǎng)的標(biāo)桿公司。上游高端核心零部件市場(chǎng)目前主要由國外公司主導(dǎo)，因此機(jī)器視覺核心環(huán)節(jié)自主研發(fā)需求迫切。由于3D相機(jī)將在人形機(jī)器人廣泛使用，且軟件及算法的門檻及價(jià)值量同樣較高，我們認(rèn)為具有全棧研發(fā)能力的奧比中光將受益于3D相機(jī)的放量，此外，建議關(guān)注布局相機(jī)的凌云光和?？禉C(jī)器，建議關(guān)注布局高端CMOS圖像傳感器的長(zhǎng)光辰芯。圖37：機(jī)器視覺業(yè)圖譜 資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院力控傳感：人形機(jī)器人的“觸覺”力（力矩）傳感器（GGII）數(shù)據(jù)顯示，20221.95萬臺(tái)，同比+4.71%GGII預(yù)計(jì)20266萬臺(tái)；202221.53億元，同比+5.61%。人形機(jī)器人：GGII20200globalinformation202174.32027126.6億美元。圖38：協(xié)作機(jī)器做不則表拋光需進(jìn)行態(tài)力饋控制 圖39：特斯拉機(jī)人可現(xiàn)對(duì)肢力量精準(zhǔn)制 資料來：睿課 資料來：Tesla官網(wǎng)（力矩（力矩機(jī)器人在NASA等。圖40：特斯拉機(jī)器人的力傳感器資料來源：2022年特斯拉AIDay

圖41：ARTEMIS機(jī)器人足部的力傳感器資料來源：《DesignofaHighlyDynamicHumanoidRobot》（Zhu.Taoyuanmin，UCLA）不同力控方式各有優(yōu)劣，力矩傳感器為最優(yōu)方案。目前機(jī)器人力控方案大致分為三類，（彈性體和力矩維力矩/度高，頻響快，可靠性好，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。表10：不同類型力控方式原理及優(yōu)缺點(diǎn)類型 原理 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)電流環(huán)力控

成本低，不需要增長(zhǎng)額外的感設(shè)備 精度較響較（體）力矩/力控

測(cè)量力矩

低成本、常用于高集成度場(chǎng)景精度高，頻響快，可靠性好，壽命長(zhǎng)

慢，適用場(chǎng)景有限成本高資料來源：高工機(jī)器人（GGII），根據(jù)特斯拉AIDAY，預(yù)計(jì)特斯拉機(jī)器人關(guān)節(jié)處使用單維力傳感器，執(zhí)行器末端使用六維力傳感器。按照測(cè)量維度，力傳感器可以分為一維、多維（三維、六維）力傳感器。（為數(shù)百元XYZXYZ的干擾，應(yīng)用于高端機(jī)器人和精密設(shè)備中，價(jià)格也十分昂貴（大多在數(shù)千元至上萬元。圖42：一維、三、六力傳器的選擇 資料來源：坤維科技官網(wǎng)六維力傳感器性能全面，存在技術(shù)壁壘，應(yīng)變片并非是成本居高不下的主要原因，標(biāo)定設(shè)備、解耦算法研發(fā)等均需要高額資本投入。六維力傳感器在力傳感器中維度最高、力覺信息反饋?zhàn)钊妗⒓夹g(shù)和使用難度最大，最早應(yīng)用于航空航天、國防領(lǐng)域，后逐步應(yīng)用10MEMS1圖43：ATI六維傳感內(nèi)部構(gòu) 圖44：硅基/金屬箔電阻變具有更的性優(yōu)勢(shì)資料來：ATI官網(wǎng) 資料來：ATI官網(wǎng)力傳感器需求受協(xié)作、霍尼韋爾等，中國市場(chǎng)上的高端傳感器國產(chǎn)化率低。國內(nèi)力傳感器行業(yè)未上市公司實(shí)力較強(qiáng)，代表公司包括坤維科技（瀚川智能參股、宇立儀器、藍(lán)點(diǎn)觸控等，，部分力傳感器已應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，正通過自主研發(fā)和加速并購的方式積極布局六維力傳感器（力矩）傳感器的廠商眾多，具備六維力傳感器生產(chǎn)能力的廠商完全具備一維力傳感器生產(chǎn)能力。表11：全球和國內(nèi)力控傳感器部分參與企業(yè)企業(yè) 簡(jiǎn)介 主要傳感器產(chǎn)國外ATI霍尼韋爾柯力傳感（未上市）坤維科技（未上市）藍(lán)點(diǎn)觸控（未上市）

力矩傳感器全球龍頭，在工業(yè)機(jī)器人四大家族、UR等協(xié)作機(jī)器人中均有應(yīng)用，此外還包括航空航天等世界著名的工業(yè)自動(dòng)化品牌，主要產(chǎn)品包括傳感器在內(nèi)的各類工業(yè)自動(dòng)化電子元器件國內(nèi)DD直多軸力傳感器領(lǐng)域優(yōu)秀企業(yè)，是全球少數(shù)具有汽車碰撞模擬人力傳感器生產(chǎn)能力的企業(yè)之一，是安川電機(jī)、KUKA、ABB的力傳感器合作商。六維力傳感器專業(yè)供應(yīng)商，自主研發(fā)標(biāo)定設(shè)備，供貨給節(jié)卡、遨博、睿爾曼、越疆、思靈、大族等國內(nèi)協(xié)作機(jī)器人廠商

六維力矩傳感器一軸至六軸力傳感器均有相應(yīng)產(chǎn)品六維力傳感器、關(guān)節(jié)扭矩傳感器、力控應(yīng)用軟件包資料來源：各公司官網(wǎng)，柔性電子皮膚未來電子皮膚（柔性傳感器）有望為機(jī)器人提供觸覺，但更類似于人形機(jī)器人力控傳感的“終極方案”。電子皮膚觸覺傳感器被定義為能夠通過接觸表征出被測(cè)物體的性質(zhì)(表面形貌、重量等)或數(shù)值化接觸參量(力、溫度等)的柔性傳感器，是貼在“皮膚”上的電子米級(jí)，接近人類的皮膚。電子皮膚在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，旨在讓其擁有人類的感知力，賦,人形機(jī)圖45：柔彈性電皮膚覺傳器及其彈性示 圖46：覆蓋電子膚柔觸覺感器的WENDY機(jī)器人 資料來源：《電子皮膚觸覺傳感器研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)》（曹建國，周建輝，繆存孝）

（）器廠商和硬件廠商相互獨(dú)立開發(fā)，要完美實(shí)現(xiàn)貼合、傳感器布線、組裝都有難度。柔性傳感器下游應(yīng)用領(lǐng)域眾多，除機(jī)器人外還包括醫(yī)療健康、消費(fèi)電子等等，如腦機(jī)接口、足底感應(yīng)、智能觸控等。未來電子皮膚的成本不會(huì)是主要制約項(xiàng)，仍需要工藝進(jìn)一步成熟推動(dòng)大規(guī)模應(yīng)用后方可降本。電子皮膚的成本主要由三部分組成，一是面積，二是精度（放在腳底和手上對(duì)精度要求不高，決定了材料和配方的使用，三是工藝復(fù)雜程度，和結(jié)構(gòu)和貼合度有關(guān)。目前電子皮膚的成本主要有襯底材料和表面壓力傳感器矩陣構(gòu)成，目前MEMS是與機(jī)械結(jié)構(gòu)難以貼合、無法檢測(cè)切向力、傳感器密度與精度等問題。圖47：柔性傳感下游用場(chǎng)景 圖48：能斯達(dá)ZNS-01手套型柔薄膜壓傳感器 資料來：漢科技網(wǎng) 資料來：能達(dá)官網(wǎng)電子皮膚國外公司主要有Interlink，國內(nèi)漢威科技子公司能斯達(dá)為國內(nèi)柔性傳感器已產(chǎn)業(yè)化，目前已掌握柔性壓阻、壓電、溫濕度和電容四大核心技術(shù)。目前國外產(chǎn)業(yè)化的有InterlinkHMI的觸摸屏。國內(nèi)為漢威科技的子公司能斯達(dá)，其不+采集系統(tǒng)+(柔性壓力、壓電、織物、應(yīng)變、溫濕度、熱敏和電容傳感器)，柔性微納傳感掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，相關(guān)產(chǎn)品已在三甲醫(yī)院進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)。位移姿態(tài)傳感：人形機(jī)器人的“小腦”以人形機(jī)器人為代表的足式機(jī)器人相較于其他類型機(jī)器人有較大優(yōu)勢(shì)，但是也對(duì)機(jī)器人穩(wěn)定性提出了更高的要求。機(jī)器人按照運(yùn)動(dòng)方式可以分為：輪式機(jī)器人，履帶機(jī)器人，足式機(jī)器人等。輪式機(jī)器人控制簡(jiǎn)單，能夠在平坦的地形中快速平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)；履帶式機(jī)器人UCLAARTEMIS3DMIMU用于保持平衡。圖49：IMU在機(jī)器人上的應(yīng)用資料來源：“DevelopmentandReal-TimeOptimization-basedControlofaFull-sizedHumanoidforDynamicWalkingandRunning”（MinSungAhn，UCLA）機(jī)器人位移姿態(tài)的檢測(cè)的穩(wěn)定性控制，主要依賴于IMU（慣性測(cè)量單元。IMU為慣性測(cè)量單元，是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置，大多用在汽車和機(jī)器MEMSIMU=MEMS陀螺儀+MEMSMEMSIMUIMU得到ROBOT-MPU6050。圖50：IMU示意圖資料來源：和訊康科技官網(wǎng)

圖51：姿態(tài)傳感器MPU6050資料來源：張?jiān)隆峨p足人形機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃和穩(wěn)定性研究》2021年，全球MEMS慣性傳感器市場(chǎng)規(guī)模超30億美元，中國MEMS慣性傳感器市場(chǎng)規(guī)模136億元，未來有望持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)引自），預(yù)計(jì)2022年世界MEMS慣性傳感器市場(chǎng)規(guī)模約35億美元，2025年達(dá)到43億美元，而針對(duì)戰(zhàn)術(shù)級(jí)7.1億美元（MEMS慣性傳感器系統(tǒng)。根據(jù)頭豹研究院公2022年中國MEMSMEMS慣性傳感器市場(chǎng)136億元，近幾年增速快于全球平均增速，未來有望持續(xù)增長(zhǎng)。圖52：全球MEMS慣性傳器場(chǎng)規(guī)模億美） 圖53：中國MEMS慣性傳器場(chǎng)規(guī)模億元）加速度計(jì) 陀螺儀 磁力計(jì) 慣性傳組合4540353025201510502019202020212022E2023E2024E2025E

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2017 2018 2019 2020 2021資料來源：Yole（轉(zhuǎn)引自，含預(yù)測(cè)）， 資料來源：頭豹研究院，不同精度等級(jí)的IMU價(jià)格差異巨大，我們認(rèn)為人形機(jī)器人所用IMU的要求至少要達(dá)到工業(yè)級(jí)&低端戰(zhàn)術(shù)級(jí)以上。IMU精度主要由陀螺儀零偏穩(wěn)定性來劃分，不同精度量級(jí)的IMU價(jià)格差異巨大，精度從低到高分別為消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)&低端戰(zhàn)術(shù)級(jí)、戰(zhàn)術(shù)級(jí)、導(dǎo)航級(jí)IMU已達(dá)到工業(yè)級(jí)&IMU產(chǎn)品精度量級(jí)在工業(yè)級(jí)&IMU精度不會(huì)高于國防及航空航天所需的導(dǎo)航級(jí)及以上。圖54：IMU等級(jí)劃及參價(jià)格 資料來源：《慣性穩(wěn)定平臺(tái)中陀螺技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用研究》（楊業(yè)飛，申文濤），芯動(dòng)聯(lián)科招股書，高性能MEMS慣性傳感器技術(shù)壁壘高，市場(chǎng)仍大部分由國外公司占據(jù)。MEMS慣性傳感器行業(yè)是多學(xué)科融合的高科技領(lǐng)域，高性能MEMS慣性傳感器要做到穩(wěn)定量產(chǎn)，需要在MEMS芯片設(shè)計(jì)及工藝方案、ASIC芯片設(shè)計(jì)、封裝、測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)均具備相應(yīng)的技術(shù)能力并建立完善的技術(shù)體系和工藝方案，技術(shù)壁壘高。MEMS陀螺儀和加速度計(jì)的核心都是一顆微機(jī)械（MEMS）芯片，一顆專用控制電路（ASIC）芯片及應(yīng)力隔離封裝，工作原理為在ASIC芯片的驅(qū)動(dòng)控制下感應(yīng)外部待測(cè)信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電容、電阻、電荷等信號(hào)變化，ASIC芯片再將上述信號(hào)變化轉(zhuǎn)化成電學(xué)信號(hào)，最終通過封裝將芯片保護(hù)起來并將信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)外部信息獲取與交互的功能。根據(jù)Yole（轉(zhuǎn)引自），高性能MEMS慣性傳感器市場(chǎng)主要由霍尼韋爾、ADI、諾斯洛普-格魯曼等寡頭占據(jù)，CR3約為55%。市場(chǎng)集中度高的原因在于戰(zhàn)術(shù)級(jí)以上市場(chǎng)容量較小，過去主要面向軍工等領(lǐng)域，精度要求更高，工藝難度大，門檻高。我國上市公司與國際巨頭公司相比整體規(guī)模較小，仍處于快速發(fā)展期。圖55：MEMS陀螺儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖資料來源：芯動(dòng)聯(lián)科招股說明書MEMS慣性傳感器產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)短期看配套能力，長(zhǎng)期看芯片。MEMS慣性傳感MEMS感（蘇州固锝子公司）2）MEMS龍頭或系統(tǒng)集成商，如華依科技、星網(wǎng)宇達(dá)等，后兩者主要布局的是模塊/IMU慣導(dǎo)系統(tǒng)環(huán)節(jié)。優(yōu)劣帶來的產(chǎn)品力差異帶來的配套能力，長(zhǎng)期看好具備芯片自研能力的芯動(dòng)聯(lián)科。芯動(dòng)聯(lián)科主要產(chǎn)品為高性能硅基MEMS平，復(fù)雜環(huán)境下適應(yīng)性強(qiáng)。芯動(dòng)聯(lián)科主要產(chǎn)品為MEMS陀螺儀和加速度計(jì)，并提供MEMSMEMS慣性產(chǎn)品主要應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)級(jí)至IMU的第一梯隊(duì)國產(chǎn)廠商。圖56：芯動(dòng)聯(lián)科MEMS慣性產(chǎn)品主要用途資料來源：芯動(dòng)聯(lián)科招股說明書運(yùn)動(dòng)控制傳感：人形機(jī)器人的“末梢神經(jīng)”機(jī)器人線性執(zhí)行器、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和靈巧手均使用伺服系統(tǒng)解決方案，因素均需要編碼器，圖57：伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意資料來源：工控網(wǎng)

圖58：人形機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)需用編碼器資料來源：金鋼科技官網(wǎng)編碼器主要分為光電編碼器和磁性編碼器，光電編碼器在一般工業(yè)控制中更為主流，磁性編碼器近年來快速發(fā)展。人形機(jī)器人采用閉環(huán)控制，電機(jī)均需配備編碼器，主要分為光編碼器和磁編碼器。光編碼器利用光線照射光柵標(biāo)尺或碼盤，將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)，再進(jìn)行整形電路輸出；磁編碼器采用外磁場(chǎng)角度變化產(chǎn)生磁電阻效應(yīng)將變化著的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電阻阻值的變化，經(jīng)過后續(xù)信號(hào)處理電路的處理轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)磁旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼功能。光編碼器因?yàn)椴皇茈姶判?yīng)的影響，更適用于高精度要求對(duì)的場(chǎng)景，但其由于需要光柵照射而體積較大，密封性也不高；磁編碼器具有高抗震能力、耐污濁、裝配要求低、體積小等特點(diǎn)，因此近年來在小型機(jī)器人關(guān)節(jié)中的使用逐漸增加。圖59：光柵位移感器光編器）工原理 圖60：磁編碼器構(gòu)示圖 資料來：數(shù)驛站網(wǎng) 資料來：中傳動(dòng)網(wǎng)Robotics人大小類似，并擁有多達(dá)40種的運(yùn)動(dòng)自由度，采用了雷尼紹提供的靈活小型的磁編碼器方案。此外，人形機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)普遍采用