2024年人形機(jī)器人專(zhuān)題報(bào)告：特斯拉發(fā)布Optimus Gen2-傳感器為最大邊際變化

2024年人形機(jī)器人專(zhuān)題報(bào)告：特斯拉發(fā)布OptimusGen2_傳感器為最大邊際變化一、產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)：特斯拉發(fā)布OptimusGen2，傳感器為最大邊際變化背景：特斯拉發(fā)布OptimusGen2，傳感器為最大邊際變化特斯拉推出第二代Optimus，在減重、提速的同時(shí)，更加聚焦于控制及運(yùn)動(dòng)平衡的穩(wěn)定性。1）手部：全新的11個(gè)自由度靈巧手，并在手指增加觸覺(jué)傳感器，可精準(zhǔn)抓取雞蛋；2）足部：行走姿態(tài)更接近人類(lèi)，行走速度提升；3）全身：可完成90度深蹲的高難度動(dòng)作，主要需要力矩傳感器、IMU等以及算法的配合。背景：國(guó)內(nèi)其他機(jī)器人廠(chǎng)商在傳感器領(lǐng)域亦有突破國(guó)內(nèi)其他機(jī)器人廠(chǎng)商在傳感器領(lǐng)域紛紛跟進(jìn)。傳感器賦予機(jī)器人視、力、觸等多種感知能力，對(duì)本體及外部環(huán)境感知均有助益，國(guó)內(nèi)優(yōu)必選、智元、宇樹(shù)等機(jī)器人產(chǎn)品上亦搭載多款傳感器。二、重點(diǎn)傳感器：觸覺(jué)、力矩、IMU、視覺(jué)，外資主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)加速追趕IMU：測(cè)量機(jī)器人本體的加速度、角加速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而輸出速度、位置與姿態(tài)，硬件端壁壘為陀螺儀、軟件端為算法控制。IMU主要被海外壟斷，TDK、ADI、霍尼韋爾等，國(guó)內(nèi)導(dǎo)遠(yuǎn)、華依、芯動(dòng)等逐步追趕。力矩傳感器：將力信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，以測(cè)量外部受壓力的程度，壁壘在于標(biāo)定&檢測(cè)以及數(shù)據(jù)解耦。六維以外資品牌主導(dǎo)，國(guó)產(chǎn)率低。在協(xié)作機(jī)器人細(xì)分賽道上坤維等國(guó)內(nèi)品牌已占據(jù)頭部位置。觸覺(jué)傳感器：從其他物理波形轉(zhuǎn)換成電流或電壓波形，處理后以電磁波的形式傳輸，從而感知力、溫度等變化，壁壘主要在材料、算法兩方面。觸覺(jué)傳感器目前處于發(fā)展早期，以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企業(yè)為主。國(guó)內(nèi)布局相對(duì)領(lǐng)先的主要為漢威科技子公司能斯達(dá)、奧迪威及帕西尼。視覺(jué)傳感器：分為2D和3D兩種，主要為感知成像，基恩士為行業(yè)龍頭，全球市占率超50%，國(guó)內(nèi)奧普特相對(duì)領(lǐng)先。觸覺(jué)傳感器概況：柔性方案更佳，壓阻式相對(duì)主流工作原理：觸覺(jué)傳感器陣列將信號(hào)從其他物理波形轉(zhuǎn)換成電流或電壓波形，然后通過(guò)數(shù)字電路對(duì)波形進(jìn)行處理，并以電磁波的形式傳輸，再由另一個(gè)傳感器接收和轉(zhuǎn)換成需要的信號(hào)形式。類(lèi)別及分類(lèi)：主要分為柔性、和剛性（MEMS為主），其中柔性傳感器根據(jù)原理不同又分為電容、電感、壓阻等5種，目前壓阻式相對(duì)主流。觸覺(jué)傳感器壁壘：要求擠壓、扭轉(zhuǎn)下正常感知，材料+制造壁壘高壁壘主要在材料、制造兩方面。1）材料端：柔性觸覺(jué)傳感器對(duì)材料要求較高，需解決柔性化和多維力檢測(cè)兼容性的問(wèn)題；2）制造端：需滿(mǎn)足拉伸、擠壓、扭轉(zhuǎn)變形情況下的正常力矩、溫度等的識(shí)別。目前由于定制化程度高，使用面積差異化明顯，因此制造成本高居不下。觸覺(jué)傳感器競(jìng)爭(zhēng)格局：海外企業(yè)為主，國(guó)內(nèi)尚在發(fā)展早期觸覺(jué)傳感器目前處于發(fā)展早期，以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企業(yè)為主。國(guó)內(nèi)布局相對(duì)領(lǐng)先的主要為漢威科技子公司能斯達(dá)（目前已有一條年產(chǎn)1000萬(wàn)支柔性傳感器的超凈印刷線(xiàn)和組裝線(xiàn)）、奧迪威及帕西尼。力矩傳感器概況：力信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，六維效果更佳力矩傳感器原理：基于霍克定律，當(dāng)力施加于彈性體感力原件上會(huì)產(chǎn)生形變并改變相應(yīng)電阻值，經(jīng)過(guò)電橋的測(cè)量會(huì)將相應(yīng)變化轉(zhuǎn)化為放大電信號(hào)。一維、三維、六維力矩傳感器區(qū)別：測(cè)力方向、距離上不同，其中六維力矩傳感器精度最高而一維與三維力矩傳感器在多方向、不同距離情況下所測(cè)數(shù)據(jù)失真。力矩傳感器成本拆分：BOM以應(yīng)變片為主，出貨量低致研發(fā)攤銷(xiāo)高BOM中應(yīng)變片占比高，當(dāng)前研發(fā)費(fèi)用、制造費(fèi)用仍然較高：六維力矩傳感器成本可分拆為BOM+貼片+研發(fā)+其他，其中BOM包括應(yīng)變片（占比高）、彈性體、PCB板和粘合膠。當(dāng)前六維應(yīng)用場(chǎng)景有限，主要在工業(yè)機(jī)器人，因此出貨量低，制造、研發(fā)費(fèi)用攤銷(xiāo)較高。力矩傳感器壁壘：標(biāo)定&檢測(cè)，數(shù)據(jù)解耦難度大壁壘1：標(biāo)定&檢測(cè)，六維較一維在數(shù)據(jù)采集上有指數(shù)級(jí)難度提升。六維標(biāo)定設(shè)備多為非標(biāo)，主要為實(shí)現(xiàn)三個(gè)正交+三個(gè)力矩方向的精確加載，因此需要六維力聯(lián)合加載標(biāo)定，一般為傳感器廠(chǎng)商自研，設(shè)備難度較大。壁壘2：數(shù)據(jù)解耦，需保證低串?dāng)_、高精度、高準(zhǔn)確度。六維傳感器的多組數(shù)據(jù)在構(gòu)建解耦矩陣時(shí)許充分考慮重力、重心、零偏誤差等因素，從而保證測(cè)試的高精度、高準(zhǔn)度。力矩傳感器競(jìng)爭(zhēng)格局：外資品牌主導(dǎo)，國(guó)產(chǎn)率低外資品牌主導(dǎo)，國(guó)產(chǎn)率低。據(jù)高工機(jī)器人數(shù)據(jù)，六維力矩傳感器品牌以歐美、日韓為主（ATI為行業(yè)龍頭），國(guó)產(chǎn)率低，主要在于串?dāng)_、耦合誤差、準(zhǔn)度等參數(shù)上與外資仍然有差距。協(xié)作機(jī)器人細(xì)分賽道來(lái)看，坤維等國(guó)內(nèi)品牌已占據(jù)頭部位置。2022年，協(xié)作機(jī)器人細(xì)分領(lǐng)域的六維銷(xiāo)量來(lái)看，坤維排名第一，超過(guò)外資ATI，藍(lán)點(diǎn)觸控、宇立亦排名靠前。IMU概況：輸出加速度、角速度，進(jìn)行姿態(tài)、位置控制IMU實(shí)時(shí)調(diào)整物體運(yùn)動(dòng)策略，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)姿態(tài)控制：其中，加速度計(jì)、陀螺儀和大氣數(shù)據(jù)中心分別測(cè)量物體在三個(gè)軸向上的加速度、角加速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出物體的速度、位置與姿態(tài)。根據(jù)結(jié)果，實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃。IMU成本拆分及壁壘：陀螺儀成本占比高，算法控制難度大IMU的BOM成本主要為陀螺儀和加速度計(jì)：成本拆分來(lái)看，MEMS陀螺儀的成本最高，占比77.65%，其次為加速度計(jì)。慣性傳感組合和技術(shù)服務(wù)的成本占比較低。IMU主要壁壘硬件端為陀螺儀、軟件端為算法控制，軟件集成難度更高。參考車(chē)端IMU，我們預(yù)計(jì)機(jī)器人上的IMU較車(chē)端在精度、零偏穩(wěn)定性要求高出一個(gè)等級(jí)。硬件端主要為陀螺儀，自產(chǎn)難度較高。軟件端壁壘為算法，主要為不同環(huán)境下的數(shù)據(jù)獲取、處理能力。視覺(jué)傳感器概況:2D/3D視覺(jué)，攝像頭采集信息成像視覺(jué)傳感器主要分為2D和3D兩種，其中2D通過(guò)相機(jī)拍攝平面照片再通過(guò)圖像分析或?qū)Ρ茸R(shí)別對(duì)象，很大程度上由基于輪廓的圖案匹配驅(qū)動(dòng)。3D主要通過(guò)3D攝像頭采集視野空間內(nèi)每個(gè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)信息，再利用算法復(fù)原獲得三維立體成像。視覺(jué)傳感器競(jìng)爭(zhēng)格局：龍頭基恩