產(chǎn)業(yè)深度：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)深度（五）機(jī)器人的觸覺(jué)六維力矩傳感器

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?3力矩傳感器：機(jī)器人的觸覺(jué) 4力矩傳感器：六維應(yīng)力傳感器壁壘最高，性能最優(yōu) 4六維力矩傳感器準(zhǔn)確度由串?dāng)_、精度、準(zhǔn)度等性能決定 5六維力矩傳感器的技術(shù)壁壘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)定校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集耦合算法 六維力矩傳感器：應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展和需求彈性 9工業(yè)場(chǎng)景：機(jī)器人裝配、機(jī)器人拋光打磨的柔順化控制 9人形機(jī)器人：實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)、手腕、靈巧手的力控感知 122.3六維力矩傳感器市場(chǎng)需求彈性測(cè)算 134成本拆分：六維力矩傳感器存在大幅降本空間 15六維力矩傳感器供給格局：國(guó)內(nèi)龍頭廠商達(dá)到世界一流水平 163.1六維力矩傳感器形成歐美、日韓、國(guó)產(chǎn)三大陣營(yíng) 163.2主要廠商產(chǎn)品覆蓋范圍對(duì)比：產(chǎn)品系列有待進(jìn)一步完善 183.3主要廠商產(chǎn)品性能對(duì)與國(guó)際龍頭存在差距 18風(fēng)險(xiǎn)提示 20圖1：機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/p>

產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂頂?shù)據(jù)來(lái)源：力矩傳感器：六維應(yīng)力傳感器壁壘最高，性能最優(yōu)力矩傳感器是一種用于測(cè)量物體所受到的力矩或扭矩的傳感器。力矩是繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)（未產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的力矩（產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的力矩圖2：力和力矩傳感器工作流程圖數(shù)據(jù)來(lái)源：ATI、按照壓力原件分類，硅應(yīng)變片式力傳感器性能最優(yōu)，壓電式轉(zhuǎn)換元件主要應(yīng)用在非六維力傳感器中。根據(jù)轉(zhuǎn)換元件的不同，傳感器主要分為應(yīng)變式力傳感器、光學(xué)式傳感器以及壓電式力傳感器：兩種。其原理都是轉(zhuǎn)換元件應(yīng)變片隨力敏元件同時(shí)發(fā)生形變，導(dǎo)致自身電阻值、電壓差、光柵變化，通過(guò)電信號(hào)反應(yīng)力和力矩的改變。硅應(yīng)變片能夠保持高剛度、穩(wěn)定性和信噪比，缺點(diǎn)是成本較高、制作工藝復(fù)雜；境的要求較高；壓電/電容式元件：電路復(fù)雜，信號(hào)漂移難以抑制。圖3：應(yīng)變式力傳感器、光學(xué)式傳感器、壓電式力傳感器的性能比較數(shù)據(jù)來(lái)源：ATI、圖4：不同轉(zhuǎn)換元件類型力傳感器的測(cè)量原理類型測(cè)量原理應(yīng)變片應(yīng)變片形變后自身電阻值變化光學(xué)式轉(zhuǎn)換元件形變后通過(guò)光柵反映形變電容式形變后極距的變化導(dǎo)致電壓變化壓電式形變后改變電荷數(shù)據(jù)來(lái)源：ATI、按照測(cè)量方向分類，六維力矩傳感器是性能最優(yōu)、技術(shù)壁壘最高的力矩傳感器。按照測(cè)量方向分類，可分為一到六維力傳感器。在笛卡爾坐標(biāo)系中，單軸力傳感器只能檢測(cè)一個(gè)方向的力值，無(wú)法測(cè)量其他方向的分量；三維力傳感器能夠檢測(cè)X、ZZ軸方向與重力方向一致，否則力值測(cè)量容易引MxMy、Mz，能夠滿足任何方向上力的檢測(cè)，是功能最全面的力控傳感器。圖5：六維力和力矩傳感器笛卡爾坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源：ATI機(jī)器人大講堂、六維力矩傳感器準(zhǔn)確度由串?dāng)_、精度、準(zhǔn)度等性能決定六維力傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確度通常由串?dāng)_、精度、準(zhǔn)度等性能決定。多維力傳感器的串?dāng)_指標(biāo)，大概表明產(chǎn)品的耦合干擾情況。為了準(zhǔn)確描述六維力傳感器的測(cè)量誤差水平，通常參考精度和準(zhǔn)度兩個(gè)指標(biāo)：是體現(xiàn)產(chǎn)品性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。以六維力傳感器為例，分別對(duì)六維力傳感器的六個(gè)測(cè)量方向精確加載至各自的額定載荷，記錄六個(gè)方向的測(cè)量結(jié)果，如下表格。載1100%FS0%FS、、Mx、My、MzMxMyMz0。MxMyMzdatasheet2.9標(biāo)準(zhǔn)差，并除以量程。圖6：串?dāng)_用來(lái)衡量各測(cè)量方向的耦合影響數(shù)據(jù)來(lái)源：坤維科技FzMxMyMz的隨機(jī)組合。這樣獲得的精度和準(zhǔn)度，可以很清晰的評(píng)價(jià)傳感器各測(cè)量方向在量程范圍內(nèi)的測(cè)量誤差水品，比串?dāng)_指標(biāo)更為實(shí)用。例如，如果說(shuō)六維力傳感器產(chǎn)品的準(zhǔn)MxMyMz0.5%FS以內(nèi)。對(duì)于其它五分方向來(lái)說(shuō)也是如此。高精準(zhǔn)度的軍用六維力器，可以確保在六維度聯(lián)合承載的情況下，測(cè)量值偏差在量程的0.3%FS圖7：精度和準(zhǔn)度的統(tǒng)計(jì)意義數(shù)據(jù)來(lái)源：坤維科技，注：假設(shè)理論真值是圓環(huán)的中心，黑點(diǎn)表示測(cè)量值。右上方圖示就可以看出是準(zhǔn)度高，精度也高六維力矩傳感器的技術(shù)壁壘：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)定校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)采集、耦合算法六維力矩傳感器的技術(shù)壁壘體現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)耦合設(shè)計(jì)、標(biāo)定校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)精確采集、解耦算法四個(gè)方面。六維力測(cè)量技術(shù)是個(gè)平臺(tái)技術(shù)，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的環(huán)境、載荷、安裝、通訊、算力、動(dòng)力學(xué)特性等需求不同，六維力傳感器在不同行業(yè)中體現(xiàn)出了不16結(jié)構(gòu)解耦設(shè)計(jì)：應(yīng)變片式六維力矩傳感器的彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是核心問(wèn)題，傳感器的剛度、動(dòng)態(tài)性能、維間耦合等，很大程度上決定傳感器性能的優(yōu)劣。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)Stewart圖8：六維力矩傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源：《一種低耦合高精度六維力矩傳感器設(shè)計(jì)及應(yīng)用》貼片位置調(diào)整和電橋組橋設(shè)計(jì)進(jìn)一步消除耦合。特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠大大地降低力敏元件的耦合變形，但其結(jié)構(gòu)上的連續(xù)性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耦合變形沒(méi)有辦法完全避免，因此還需要通過(guò)貼片和組橋來(lái)進(jìn)一步消除耦合貼片。在彈性軸上，首先根據(jù)仿真得到基底材料通常具有機(jī)械強(qiáng)度高，粘貼容易，電絕緣性好，熱穩(wěn)定性好，抗潮濕性能好，撓性好，無(wú)滯后和蠕變等特性，常用酚醛、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺等材料。進(jìn)行貼片之前，需要對(duì)應(yīng)變片進(jìn)行預(yù)清洗、除銹、粗化、清洗等操作，保證其表面沒(méi)有銹漬、油污等異物。在貼片組橋時(shí)，需要保證應(yīng)變片位置準(zhǔn)確、表面平整、基底無(wú)氣泡，電橋沒(méi)有短路、斷路等缺陷。由于仿真難度高、工藝復(fù)雜、傳感器內(nèi)部空間狹小，貼片組橋的技術(shù)壁壘非常高，目前國(guó)內(nèi)外企業(yè)在貼片環(huán)節(jié)均需要人工進(jìn)行。雖然理論上可以通過(guò)合理的布片完美消除各個(gè)方向之間的耦合，但由于加工誤差、貼片偏差等實(shí)際因素存在，還需要進(jìn)一步標(biāo)定確認(rèn)傳感器之間的耦合情況。圖9：六維力矩傳感器貼片位置的仿真選擇數(shù)據(jù)來(lái)源：《一種低耦合高精度六維力矩傳感器設(shè)計(jì)及應(yīng)用》影響六維力傳感器精度的因素有很多，其中最重要的原因是維間耦合，物理學(xué)上指兩個(gè)或兩個(gè)以上的體系或兩種運(yùn)動(dòng)形式間通過(guò)相互作用而彼此影響以至聯(lián)合起來(lái)的現(xiàn)象。六分力傳感器中六個(gè)通道中的每一個(gè)通道中的輸入信號(hào)都會(huì)對(duì)其他通道的輸出信號(hào)造成影響，因此想要一個(gè)輸入只控制一個(gè)輸出，不對(duì)其他通道造成影響幾乎/力矩傳感器的解耦是通過(guò)數(shù)學(xué)的方法用盡可能小的誤差地確定出來(lái)傳感器的輸入與輸出的關(guān)系。一般消除耦合或者抑制耦合可以從兩個(gè)方向來(lái)做：第一種是在生產(chǎn)傳感器之前進(jìn)行的工作，一般叫做結(jié)構(gòu)解耦，即從傳感器的設(shè)計(jì)上來(lái)消除或者抑制耦合，該方法涉及到了傳感器的制造工藝問(wèn)題，這個(gè)往往比較困難，并且可能會(huì)增加成本；第二種則是利用系統(tǒng)性的數(shù)學(xué)模型，要矩陣解耦，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理的方法來(lái)減少或者消建立傳感器原始信號(hào)和受力之間的映射關(guān)系，獲得解耦算法的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)。假設(shè)先考慮X軸方向按照±25%FS、±50%FS、±75%FS和±100%FS四個(gè)階梯對(duì)傳996531441圖10：標(biāo)定數(shù)據(jù)量：一維力矩傳感器VS六維力傳感器數(shù)據(jù)來(lái)源：坤維科技、六維聯(lián)合加載設(shè)備是高精度六維力傳感器研發(fā)和生產(chǎn)的必要條件。它可以對(duì)力覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)正交三個(gè)方向力和三個(gè)方向力矩的同時(shí)精確加載，只有在傳感器標(biāo)定和檢測(cè)過(guò)程中采用這種六維聯(lián)合加載的方式，才能實(shí)現(xiàn)0.5%FS準(zhǔn)度。六維聯(lián)合加載設(shè)備目前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可以直接采購(gòu)，一般都是由六維力傳感器的廠商自行研制，六維聯(lián)合加載設(shè)備的研發(fā)涉及到空間光學(xué)定位、載荷位移補(bǔ)償、機(jī)電一體化等多項(xiàng)綜合技術(shù)，有上百個(gè)KnowHow，非常依賴工程經(jīng)驗(yàn)，一旦某個(gè)細(xì)節(jié)考慮不周全，加載效果就會(huì)不理想，加載設(shè)備自己產(chǎn)生的耦合誤差可能超過(guò)1%FS，這勢(shì)必?zé)o法標(biāo)定出高準(zhǔn)度的六維力傳感器。圖11：六維聯(lián)合加載設(shè)備以定制化為主，因此各國(guó)廠商六維聯(lián)合加載設(shè)備的形態(tài)差別非常大數(shù)據(jù)來(lái)源：坤維科技工業(yè)場(chǎng)景：機(jī)器人裝配、機(jī)器人拋光打磨的柔順化控制六維力測(cè)量的需求最早來(lái)自航空航天飛行器研究領(lǐng)域，安裝在飛行器內(nèi)部的六維力仰力矩、偏航力矩和滾轉(zhuǎn)力矩，逐漸應(yīng)用到汽車測(cè)試、生物力學(xué)、機(jī)器人等領(lǐng)域。圖12：六維力傳感器應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)據(jù)來(lái)源：隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器臂在噴涂、上下料、分揀、碼垛、焊接等應(yīng)用場(chǎng)景中的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。這些場(chǎng)景對(duì)機(jī)器臂能力要求不高，機(jī)器臂大多數(shù)時(shí)處于無(wú)約束條件下，通過(guò)軌跡規(guī)劃、位置控制結(jié)合視覺(jué)識(shí)別、定位等功能即可滿足基本應(yīng)用要求。對(duì)于接觸豐富的非結(jié)構(gòu)化場(chǎng)景，如在執(zhí)行醫(yī)療手術(shù)、維修、裝配等精巧操作任務(wù)時(shí)，環(huán)境接觸特征多樣，機(jī)器人與環(huán)境的交互頻繁，為保證與環(huán)境安全、柔順地進(jìn)行交互并順利完成操作任務(wù)，需要對(duì)機(jī)器臂的柔順控制進(jìn)行研究。對(duì)人形機(jī)器人、四足機(jī)器人、外骨骼增強(qiáng)機(jī)器人等，柔順控制對(duì)于機(jī)器人復(fù)雜地形通過(guò)能力、人機(jī)柔順交互能力等同樣關(guān)鍵。圖13：力矩傳感器在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)據(jù)來(lái)源：機(jī)器人拋光打磨、機(jī)器人裝配市場(chǎng)，人工替代剛剛開(kāi)始。在工業(yè)制造中，很多零件需要在焊接、鑄造、成型或加工后進(jìn)行后處理，包括打磨、拋光和去毛刺。例如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速箱殼體、汽車輪轂，衛(wèi)浴五金，航空與能源行業(yè)的發(fā)圖中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量及拋光打磨機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模 圖拋光打磨機(jī)器人下游應(yīng)用占比120.00500000拋光打磨機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模（億元）4430553C18.90%100.00中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量（套）40000096.10其他領(lǐng)域80.0034.40%80.9630000060.00200000汽車40.0019.50%20.00100000航空航天2.10%醫(yī)療器械衛(wèi)浴0.0020162017 2018 2019 2020 20210202212.60%12.50%數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、智研咨詢、 數(shù)據(jù)來(lái)源：智研咨詢、與人工打磨相比，機(jī)器人打磨能提高效率和產(chǎn)品良率，降低成本。但是，由于機(jī)械/不規(guī)則形狀工件的打磨容易出現(xiàn)斷刀或者對(duì)工件造成損壞。因?yàn)橐_確定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑，編程復(fù)雜。因此，加工的工件品質(zhì)不一，公差不同，難以獲得穩(wěn)定的工藝效果。機(jī)器人可以迅速而精確地適應(yīng)加工材料或零件的表面輪廓和連貫性，可以采用圖形變成界面、壓力控制和變速控制功能為機(jī)器人的機(jī)加工打開(kāi)應(yīng)用空間。圖六維力矩傳感器通常安裝在工業(yè)機(jī)器人底座和腕部位置 圖浮動(dòng)磨頭數(shù)據(jù)來(lái)源：坤維科技 數(shù)據(jù)來(lái)源：宇立科技四大家族已經(jīng)形成自己的力控打磨技術(shù)路線。ABB、庫(kù)卡的力控打磨套件產(chǎn)品分ABB圖18：ABB力控打磨產(chǎn)品及軟件數(shù)據(jù)來(lái)源：ABB人形機(jī)器人：實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)、手腕、靈巧手的力控感知在人形機(jī)器人領(lǐng)域，大致分為以下三個(gè)方向做硬件層面的力傳感器與力反饋測(cè)量：Cheetah力/力矩傳感器:直接使用六維力//力矩傳感器安裝在：1)腳掌與踝關(guān)節(jié)之間；2)機(jī)械手與腕關(guān)節(jié)之間；彈性體:體形變測(cè)量力矩，往往適用于人型機(jī)器人集成度較高和驅(qū)動(dòng)器輸出力矩要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。具體到力/力矩傳感器的方案，人形機(jī)器人的需求有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：數(shù)據(jù)量最好。2）主體不放置六維力傳感器，通過(guò)腿部關(guān)節(jié)力矩，拉壓力傳感器反推主體受力情況。3）主體放氣囊，放氣壓傳感器，精度低。4）主體放拉壓力傳感器。以上四種方案，具體采用哪種方案取決于使用場(chǎng)景和成本考量。直線關(guān)節(jié)，根據(jù)電機(jī)情況，如果是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，放扭矩力控傳感器；如果是直線電機(jī)，在推桿上放拉壓力傳感器。（可以是激光雷達(dá)，也可以放置視覺(jué)傳感器4、靈巧手力控有兩種技術(shù)路線：1）在直線電機(jī)推桿上放拉壓力傳感器，2）在手部?jī)?nèi)放置觸覺(jué)傳感器，這個(gè)方案更優(yōu)。圖人形機(jī)器人腕、踝關(guān)節(jié)搭載六維力矩傳感器 圖機(jī)器人腳踝靈巧手指尖均可安裝微型六維力矩傳感器數(shù)據(jù)來(lái)源：坤維科技、 數(shù)據(jù)來(lái)源：AidinRobot官網(wǎng)、2.3六維力矩傳感器市場(chǎng)需求彈性測(cè)算2428CAGR預(yù)計(jì)為根據(jù)貝哲斯咨詢數(shù)據(jù)，2022年全球力和力矩傳感器市場(chǎng)規(guī)模為572.42028804.83CAGR5.84%。圖21：2022年全球力和力矩傳感器市場(chǎng)規(guī)模為572.4億元人民幣804.83572.4804.83572.480070060050040030020010002022 2028數(shù)據(jù)來(lái)源：貝哲斯咨詢，工業(yè)機(jī)器人對(duì)六維力矩傳感器的需求預(yù)測(cè)：年中國(guó)六維力矩傳感器銷量/隨著機(jī)器人拋光打磨、精密裝//15億元，CAGR圖全球機(jī)器人市場(chǎng)對(duì)六維力傳感器需求量（套） 圖中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)六維力傳感器規(guī)模（百萬(wàn)元）12000012001,003CAGR：52.04%69247732922715610136 5320192020202120222023F2024F2025F2026F2027F100000CAGR：57.97%87,6611000800008006000054,7886004000034,24340021,4022000013,3768,3604596569221,4572,9772002128002017201820192020202120222023F2024F2025F2026F2027F20172018數(shù)據(jù)來(lái)源：GGII、 數(shù)據(jù)來(lái)源：GGII、20223860875255.996.1億元/yoy+18.7%，3C、汽車領(lǐng)域分別占18.9%和19.5%。按照每臺(tái)拋光打磨機(jī)器人安裝兩個(gè)六維力矩傳感器計(jì)劃，預(yù)計(jì)2027人對(duì)六維力矩傳感器的需求為3.0848萬(wàn)個(gè)。圖24：拋光打磨六維力矩傳感器市場(chǎng)銷量預(yù)測(cè)20222023E2024E2025E2026E2027E拋光打磨機(jī)器人年銷量(臺(tái)）8752980210979122961377115424單臺(tái)機(jī)器人安裝六維傳感器數(shù)量222222六維力矩傳感器年銷量（個(gè)）175041960421957245922754330848數(shù)據(jù)來(lái)源：Frost&Sullivan、GGII、人形機(jī)器人市場(chǎng)六維力矩傳感器需求進(jìn)行敏感性分析：當(dāng)人形機(jī)器人銷量萬(wàn)臺(tái)時(shí)，六維力矩傳感器的年銷量為萬(wàn)個(gè)，當(dāng)人形機(jī)器人年銷量萬(wàn)個(gè)。核心假設(shè)如下：10~10004器人最新靈巧手產(chǎn)品單手搭載6個(gè)六維力矩傳感器，因此理論上，單臺(tái)人形機(jī)器人16傳感器的方案較少，手腕和腳踝處安裝六維力矩傳感器的方案較為普遍。圖25：人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對(duì)六維力矩傳感器的需求敏感性分析全球人形機(jī)器人銷量假設(shè)（萬(wàn)臺(tái)）101002003004005006007008009001000手腕（套）22222222222腳踝（套）22222222222靈巧手（套）1212121212121212121212單臺(tái)人形機(jī)器人六維力矩傳感器臺(tái)數(shù)（套）1616161616161616161616六維力矩傳感器年新增需求（萬(wàn)套）16016003200480064008000960011200128001440016000數(shù)據(jù)來(lái)源：4成本拆分：六維力矩傳感器存在大幅降本空間六維力矩傳感器單價(jià)昂貴是六維力矩傳感器無(wú)法廣泛普及的重要原因之一。六維力e-motionsupply、axia80m8、nano433型傳感器omega191進(jìn)口價(jià)格在10.54.51020（人民幣元）1051204500010512045000338043456037080100000800006000040000200000mini45 ia80 nano43 omega191 海伯森數(shù)據(jù)來(lái)源：e-motionsupply、愛(ài)采購(gòu)網(wǎng)站、應(yīng)變片式六維力矩傳感器性能最優(yōu)，我們以此類傳感器為例分析其成本結(jié)構(gòu)：（特種鋼材（（環(huán)氧樹(shù)脂等KYOWAKFWBHFP-12-696/11488-10/片，中航電測(cè)產(chǎn)品10.75-17.86元/片。彈性體、PCB板以及粘合膠價(jià)格相對(duì)較為便宜。焊接操作。華蘭海外售人工貼片服務(wù)，根據(jù)其官網(wǎng)數(shù)據(jù)，一臺(tái)傳感器的貼片人工費(fèi)1000臺(tái)左右。術(shù)開(kāi)發(fā)都需要大量的研發(fā)成本。（固定成本BOM成本中應(yīng)變片占比最高，制造費(fèi)用和研發(fā)費(fèi)用攤銷高。按照最新產(chǎn)品Axia803456034個(gè)、共128352~137762.9BOM圖27：六維力矩傳感器成本拆分成本項(xiàng)目 成本占比BOM成本 應(yīng)變片 24.2%-39.9%彈性體 低鋼結(jié)構(gòu) 低粘合膠 低PCB板 低制造費(fèi)用 人工貼片費(fèi)用 人工標(biāo)定費(fèi)用 高研發(fā)費(fèi)用 高其他費(fèi)用 高數(shù)據(jù)來(lái)源：ATI官網(wǎng)、邊灣貿(mào)易、竑浜電子、華蘭海官網(wǎng)、一流水平3.1六維力矩傳感器形成歐美、日韓、國(guó)產(chǎn)三大陣營(yíng)全球六維力和力矩傳感器廠商主要分為歐美、日韓、國(guó)產(chǎn)三大陣營(yíng)：BotaKistlerOnRobotRobotiq商合作，包括優(yōu)傲機(jī)器人、達(dá)明機(jī)器人等。Robotous。海外廠商發(fā)展路徑：從力矩傳感器設(shè)備制造商到力控、測(cè)量解決方案集成商的轉(zhuǎn)變或?qū)⒊蔀槿蛄貍鞲衅髌髽I(yè)發(fā)展趨勢(shì)，相比力矩傳感器等零部件生產(chǎn)，各個(gè)行業(yè)不同場(chǎng)景下的力控和測(cè)量的集成方案市場(chǎng)規(guī)模要更大。以測(cè)量解決方案集成商Interface、Baumer為例，雙方都是以稱重、力矩、溫度等傳感器和應(yīng)變片等零部件的制造技術(shù)起家，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，放棄了零部件制造商的定位，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上完善力矩、壓力、溫度、加速度等各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試、補(bǔ)償校準(zhǔn)、控制技術(shù)與產(chǎn)品線，成為決解方案集成商，并不斷向工業(yè)自動(dòng)化、航空航天、建筑、汽車等各個(gè)領(lǐng)域拓展業(yè)務(wù)。而、HBM、Optoforce年被SpetrisBrüel&Kj?rHBK公司，作為硬件技術(shù)輔助集團(tuán)進(jìn)軍航空航天、汽車、軌道交通等領(lǐng)域的力測(cè)試業(yè)務(wù)；Optoforce在2018年與PerceptionRobotics、onrobot三家公司合并而成現(xiàn)在的在2021年被2.239Bota、Aidin等新興企業(yè)的發(fā)展歷程同樣順應(yīng)了上述發(fā)展歷史：宇立儀器、坤維科技在成立后，迅速將原有的六維力傳感器技術(shù)從汽車碰撞假人和航空航天領(lǐng)域移植到BotaAidin均衍生于大學(xué)的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，在突破多維力和力矩的測(cè)量技術(shù)之后，都選擇了從協(xié)作機(jī)器人專用六維力傳感器制造商向力控集成商的方向發(fā)展。圖28：主流六維力和力矩傳感器廠商簡(jiǎn)介廠商 簡(jiǎn)介Baumer1952工程機(jī)械、軌道交通、生物制藥、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的測(cè)量與控制。Interface1968年以稱重傳感器起家，逐漸開(kāi)發(fā)矩補(bǔ)償器、力矩校準(zhǔn)器、多維力和力矩傳感器等全套力矩測(cè)試產(chǎn)品技術(shù)，成為力測(cè)量解決方案集成商，業(yè)務(wù)領(lǐng)域覆蓋工業(yè)自動(dòng)化、航空航天、汽車等眾多領(lǐng)域。ATI19892021年被以2.239收購(gòu)ATI，作為集團(tuán)進(jìn)軍工業(yè)自動(dòng)化的技術(shù)支撐。HBM1950OEM2000年被購(gòu)，并與Brüel&Kj?r合并成HBK公司，作為硬件技術(shù)輔助集團(tuán)進(jìn)軍航空航天、汽車、軌道交通等領(lǐng)域的力測(cè)試業(yè)務(wù)。Optoforce（onrobot）2012年以機(jī)器人力矩傳感器起家，2018年與PerceptionRobotics、onrobot三家公司合并而成現(xiàn)在的onrobot，成為協(xié)作機(jī)器人解決方案集成商，Optoforce主要負(fù)責(zé)六維力矩傳感器的研發(fā)生產(chǎn)。Bota衍生于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人系和NTUA控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，目前專營(yíng)面向拋光打磨、組裝示教場(chǎng)景的協(xié)作機(jī)器人傳感器。AIDIN衍生于韓國(guó)Sungkyunkwan大學(xué)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，以力矩、近覺(jué)傳感器、智能抓手為主，主營(yíng)協(xié)作機(jī)器人的力控解決方案。數(shù)據(jù)來(lái)源：美蓓亞三美集團(tuán)、Baumer、Interface、ATI、HBM、Onrobot、Bota、宇立儀器、坤維科技公司官網(wǎng)、2018以航空航天六維力矩傳感器技術(shù)起家，主營(yíng)工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療、航空航天、工業(yè)測(cè)試等領(lǐng)域的力控解決方案。宇立儀器擁有六維力和力矩傳感器機(jī)械加工、貼片、焊接等全流程CNAS圖29：國(guó)內(nèi)主要力矩傳感器生產(chǎn)廠商介紹品牌簡(jiǎn)介宇立儀器作為全球領(lǐng)先的六軸力傳感器供應(yīng)商，產(chǎn)品應(yīng)用于機(jī)器人及自動(dòng)化、汽車碰撞測(cè)試、汽車耐久測(cè)試、生物力學(xué)和通用試驗(yàn)設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。自2007年以來(lái)，宇立儀器設(shè)計(jì)生產(chǎn)了9大系列，200擁有4500平米的生產(chǎn)車間，包括機(jī)械加工、潔凈傳感器生產(chǎn)車間、組裝車間和測(cè)試車間等完善的生產(chǎn)體系。在打磨、裝配和協(xié)作機(jī)器人的力控產(chǎn)品方面都有一定的國(guó)際影響力。藍(lán)點(diǎn)觸控從事高精度、高性能力傳感器以及力控產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)，在多維力傳感器、關(guān)節(jié)扭矩傳感器、機(jī)器人力控技術(shù)等方面擁有深厚的經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已形成了Wrist六維力傳感器、Joint關(guān)節(jié)扭矩傳感器、力控應(yīng)用軟件包等多個(gè)產(chǎn)品系列。海伯森（漢宇集團(tuán)）公司在光學(xué)精密測(cè)量、工業(yè)2D/3D檢測(cè)、機(jī)器人智能應(yīng)用等領(lǐng)域形成了成熟的產(chǎn)品矩陣，主營(yíng)產(chǎn)品包括3D閃測(cè)傳感器、3D線光譜共焦傳感器、點(diǎn)光譜共焦位移傳感器、超高速工業(yè)相機(jī)和六維力傳感器等。2021年，海伯森HPS-FT系列六維力傳感器獲得全球協(xié)作機(jī)器人大廠丹麥優(yōu)傲（universal-robots）獨(dú)家認(rèn)證，成為國(guó)內(nèi)首家獲得“UR+”官方認(rèn)證的高端智能化傳感器研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)。坤維科技成立于2018年，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)均來(lái)自航天科研機(jī)構(gòu)，從事智能型多軸力傳感器研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用，掌握力覺(jué)測(cè)量核心技術(shù)，具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。公司的核心產(chǎn)品——六維力傳感器，以其先進(jìn)的力敏元件及其固化技術(shù)、標(biāo)定檢測(cè)技術(shù)、核心算法、智能化硬件，賦予機(jī)器人、精密制造、測(cè)試與測(cè)量、航空航天、大健康等領(lǐng)域革命性的機(jī)器力覺(jué)產(chǎn)品及解決方案，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，準(zhǔn)度（含串?dāng)_）可優(yōu)于0.5%FS。鑫精誠(chéng)成立于2021年，專注于微型壓力、稱重、多軸力、扭力等多樣化的智能傳感器與控制儀表等工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)和精益生產(chǎn)。為3C及高校產(chǎn)學(xué)研合作。神源生智能成立于2012年，致力于力測(cè)試技術(shù)的研究及產(chǎn)業(yè)化，主營(yíng)產(chǎn)品包括多維力傳感器、力矩傳感器、測(cè)力平臺(tái)、剛度儀等，已應(yīng)用于航空航天、機(jī)器人、自動(dòng)化、科研教學(xué)等行業(yè)，并已經(jīng)銷售至美國(guó)、德國(guó)、丹麥、瑞典等歐美國(guó)家。瑞爾特測(cè)控成立于2013年，致力于提供力測(cè)與自動(dòng)化控制解決方案，研發(fā)、生產(chǎn)精密微小型測(cè)力傳感器、扭矩傳感器、多維力傳感器、稱重傳感器等產(chǎn)品，同時(shí)提供包括風(fēng)洞、擰緊力、電動(dòng)起，電動(dòng)工具、六分量天平、橋梁、核電、貼片膜應(yīng)力分析、高速稱重測(cè)力數(shù)據(jù)采集、多通道數(shù)據(jù)采集等一系列專業(yè)技術(shù)服務(wù)。數(shù)據(jù)來(lái)源：宇立儀器、海伯森、坤維科技、鑫精誠(chéng)、藍(lán)點(diǎn)觸控、神源生智能、瑞爾特測(cè)控公司官網(wǎng)、3.2主要廠商產(chǎn)品覆蓋范圍對(duì)比：產(chǎn)品系列有待進(jìn)一步完善國(guó)內(nèi)外龍頭廠商的產(chǎn)品覆蓋范圍和量程覆蓋范圍基本在同一水平。ATI：力矩傳感器.~（厚度7~（直徑程覆蓋1N~N、N~N。宇立儀器（SRI：一共設(shè)計(jì)生產(chǎn)了9大系列，300多個(gè)型號(hào)，量程范圍從25N~600000N，0.5Nm~9000Nm直徑15mm~1500mm，厚度。國(guó)內(nèi)其他廠商的產(chǎn)品系列有待進(jìn)一步完善，量程覆蓋范圍基本在同一水平。圖30：國(guó)內(nèi)外部分六維力和力矩傳感器企業(yè)產(chǎn)品系列地區(qū)品牌六維力矩產(chǎn)品系列尺寸覆蓋量程覆蓋ATI24大系列直徑：17mm~330mm厚度：7.9mm~107mm12N~88000N200Nm~6000Nm宇立儀器9大系列直徑：15mm~1500mm厚度：5mm~110mm25N~600000N0.5Nm~9000Nm藍(lán)點(diǎn)觸控2大系列φ80mm*H25.5mmφ60mm*H27.5mm150N~3000N6Nm~40Nm坤維科技11大系列直徑：36mm~116mm厚度：18mm~47mm30N~8000N1.5Nm~8000Nm鑫精誠(chéng)10大系列----10N~1000N0.2Nm~30Nm神源生8大系列直徑：50mm~219mm厚度：34.6mm~130mm瑞爾特測(cè)控3大系列----數(shù)據(jù)來(lái)源：公司官網(wǎng)、3.3主要廠商產(chǎn)品性能對(duì)比:與國(guó)際龍頭存在差距國(guó)產(chǎn)六維力/力矩傳感器與海外廠商傳感器在靈敏度、串?dāng)_、抗過(guò)載能力及維間耦合誤差等方面仍存在差距。力和力矩5產(chǎn)品普遍采用世robotous3M43XX工業(yè)級(jí)傳感器和M33XX10準(zhǔn)確的測(cè)量能力。通用型產(chǎn)品Axia-802robotous3M38XX0.235%以內(nèi)。圖31：歐美、日韓、國(guó)產(chǎn)主要廠商六維力和力矩傳感器產(chǎn)品性能對(duì)比地區(qū)品牌型號(hào)參數(shù)Fxy(N)Fz(N)Mxy(Nm)Mz(Nm)美國(guó)ATIAxia80-kit額定值5009002020過(guò)載值25004500100100準(zhǔn)度≤2%FS≤2%FS≤2%FS≤2%FSAxia80-Ure額定值20036088過(guò)載值25004500100100準(zhǔn)度≤2%FS≤2%FS≤2%FS≤2%FS丹麥onrobotHEX-HQC額定值200200106.5過(guò)載值100010005032.5準(zhǔn)度≤5%FS≤5%FS≤5%FS≤5%FS韓國(guó)AidinAFT200-D80-C額定值2002001515過(guò)載值3005002525準(zhǔn)度----韓國(guó)robotousRFT80-6A01額定值4004002020過(guò)載值120012006060準(zhǔn)度≤3%FS≤3%FS≤3%FS≤3%FS中國(guó)宇立儀器M3701A額定值501000.50.5過(guò)載值1503001.51.5準(zhǔn)度≤3%FS≤3%FS≤3%FS≤3%FS數(shù)據(jù)來(lái)源：公司官網(wǎng)、圖32：主要國(guó)產(chǎn)廠商部分六維力和力矩傳感器產(chǎn)品性能對(duì)比品牌參數(shù)Fxy(N)Fz(N)Mxy(Nm)Mz(Nm)重復(fù)精度準(zhǔn)度宇立儀器M38XX40~104040~12001.5~2501.5~200-≤2%FSM37XX50~640050~64000.5~3200.5~320-≤2%FSM35XX150~2500250~50002.25~2002.25~100-≤3%FSM33XX165~3600165~3600495~9000495~9000-≤5%FSM43XX50~30k50~30k4~60004~6000-≤3%FSM36XX1250~50k2500~10k500~6000500~6000--海伯森（漢宇集團(tuán)）HPS-FT025±150±200±40.001--HPS-FT060E±600±800±150.002--HPS-FT060S±1000±1400±300.002--HPS-FT120±3000±4000±1500.02--藍(lán)點(diǎn)觸控EQ系列170~500350~9006~200.005~0.007≤1.2%FS-ST系列170~1500350~30006~400.005~0.021≤1.2%FS-坤維科技KWR36系