昨晚，宇樹科技更新發(fā)布了人形機(jī)器人Unitree G1行走和奔跑的視頻，此次進(jìn)行了仿生靈動(dòng)升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)柔順行走和仿人奔跑。同期，軟通天擎機(jī)器人公司也發(fā)布了旗下首款交互與教育雙足機(jī)器人天鶴C1。
當(dāng)前全球人形機(jī)器人進(jìn)程全面提速。特斯拉今年將開啟量產(chǎn)，英偉達(dá)和OpenAI等巨頭也開始下場(chǎng)進(jìn)入人形機(jī)器人賽道。
英偉達(dá)高級(jí)研究員JimFan預(yù)測(cè)2025年將成為「機(jī)器人之年」，多個(gè)先進(jìn)機(jī)器人將無處不在。
在人形機(jī)器人供應(yīng)鏈中，上游零部件減速器、傳感器、絲杠、電機(jī)等是成本價(jià)值占比較高的環(huán)節(jié)。
其中，傳感器是人形機(jī)器人感知世界、理解環(huán)境和實(shí)現(xiàn)交互與決策的基礎(chǔ)，也是人形機(jī)器人感知層關(guān)鍵零部件，合計(jì)成本占比約25.8%。
本文重點(diǎn)關(guān)注人形機(jī)器人三大核心傳感器：觸覺傳感器、視覺傳感器和力/力矩傳感器。
力/力矩傳感器能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量機(jī)器人關(guān)節(jié)或末端執(zhí)行器受到的力和力矩，為控制系統(tǒng)提供關(guān)鍵的反饋信息?？梢宰寵C(jī)器人在執(zhí)行操作時(shí)能夠自主調(diào)整其姿態(tài)，從而確保操作的穩(wěn)定性和精確度。
按照測(cè)量維度的不同，力傳感覺器可以分為一維至六維力傳感器。
從主流的傳感器的測(cè)量維度來看，一、三、六維力矩傳感器為常見產(chǎn)品，二、五維力矩的相對(duì)較少。
測(cè)量維度的數(shù)量越多，產(chǎn)品生產(chǎn)難度越大。
根據(jù)坤維科技CTO袁明論介紹：“如果力的方向是固定的，可以采用一維力傳感器；如果力作用點(diǎn)與傳感器標(biāo)定參考點(diǎn)重合，但力的方向隨機(jī)變化，可以用三維力傳感器；而如果力的方向和作用點(diǎn)都在三維空間里隨機(jī)變化，就應(yīng)該選用六維力傳感器進(jìn)行測(cè)量。”
六維力傳感器是維度最高的力覺傳感器，能夠提供最高維度的力覺信息，并給出最為全面和精準(zhǔn)的力覺數(shù)據(jù)。
六維力矩傳感器壁壘也最高的，所需應(yīng)變片數(shù)量是單維力傳感器的數(shù)倍，疊加生產(chǎn)難度大，其成本遠(yuǎn)高于單維力矩傳感器。
在人形機(jī)器人的末端安裝六維力傳感器，可以獲取力傳感器往后段的力覺信息。
人形機(jī)器人對(duì)力傳感器需求明確，以特斯拉人形機(jī)器人Optimus為例，關(guān)節(jié)使用扭矩傳感器和拉力傳感器，手腕和腳腕關(guān)節(jié)使用六維力傳感器，能夠同時(shí)測(cè)量三維空間中的三個(gè)力分量和三個(gè)力矩分量，為機(jī)器人提供全面的力覺信息。
特斯拉人形機(jī)器人手腕和腳腕關(guān)節(jié)使用六維力傳感器：
資料來源：特斯拉官網(wǎng)
優(yōu)必選為人形機(jī)器人均在手腕和腳踝處配置了4個(gè)六維力/力矩傳感器。
資料來源：優(yōu)必選官網(wǎng)
目前六維力傳感器市場(chǎng)基數(shù)偏小，尚未形成明顯規(guī)模效應(yīng)。
全球市場(chǎng)國外老牌廠商眾多，歐美國家起步較早。市場(chǎng)格局較為集中，前十廠商合計(jì)份額達(dá)約70%。
在全球六維力傳感器市場(chǎng)中，ATI占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，是眾多機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備制造商的首選供應(yīng)商。ATI率先開發(fā)出六維力和力矩傳感器，能夠測(cè)量XYZ三個(gè)方向的力和力矩。
國內(nèi)廠商中目前可批量化供應(yīng)的企業(yè)較少，宇立儀器、藍(lán)點(diǎn)觸控、坤維信息、鑫精誠、海伯森等具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，部分指標(biāo)對(duì)標(biāo)海外產(chǎn)品，柯力傳感、昊志機(jī)電、東華測(cè)試、安培龍、神源生智能、瑞爾特測(cè)控等公司近年來加速布局。
在2023年中國六維力傳感器市場(chǎng)中，宇立儀器位居第二，市場(chǎng)份額12.2%。排名第一的是ATI，市場(chǎng)份額占比為22.4%。宇立儀器的六維力傳感器被用于優(yōu)必選的Walker S1人形機(jī)器人中。
藍(lán)點(diǎn)觸控的六維力傳感器產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入大族、珞石、新松、UR等協(xié)作機(jī)器人的供應(yīng)鏈中。
坤維科技的六維力傳感器與節(jié)卡、遨博、睿爾曼、越疆、思靈等協(xié)作機(jī)器人廠商開展了深度合作。
柯力傳感目前已給國內(nèi)多家工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人和人形機(jī)器人客戶送樣，已取得部分協(xié)作機(jī)器人客戶的批量訂單。此外，柯力傳感已向華為交付了六維力傳感器樣品，樣品客戶已測(cè)試合格，訂單已完成交付。
在人形機(jī)器人量產(chǎn)前，本體企業(yè)會(huì)優(yōu)先找尋研發(fā)能力強(qiáng)的六維力矩傳感器生產(chǎn)廠商配套本體開發(fā)。
在產(chǎn)品定型后量產(chǎn)降本是關(guān)鍵，具備大規(guī)模降本能力特別是擁有自動(dòng)化貼片設(shè)備，且具有力傳感器大規(guī)模量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)占優(yōu)。
人形機(jī)器人傳感器應(yīng)用位置：
觸覺傳感器是機(jī)器人直接感知環(huán)境作用的重要傳感器，應(yīng)用于機(jī)器人的關(guān)節(jié)和柔性皮膚等領(lǐng)域。
作為視覺傳感的重要補(bǔ)充，觸覺傳感器可以使機(jī)器人通過觸摸來感知物體的形狀和質(zhì)地等物理特性，從而進(jìn)行精確的抓取操作。
特斯拉人形機(jī)器人手部傳感器中價(jià)值量最大的是觸覺傳感器。
其中，柔性觸覺傳感器具有更高的價(jià)值，壁壘主要在材料和制造兩方面。
材料選擇包括敏感材料有機(jī)聚合物、石墨烯以及柔性基底材料。
觸覺傳感器目前處于發(fā)展早期，當(dāng)前市場(chǎng)主要以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企業(yè)為主。
國內(nèi)布局觸覺傳感器的廠商有蘇州能斯達(dá)電子（漢威科技）、申昊科技、墨現(xiàn)科技、力感科技、瑞滸科技等、埔慧科技、帕西尼感知、鈦深科技、柔宇科技、宇博智能、蘇試試驗(yàn)、中科納芯等。
未來各場(chǎng)景更精細(xì)的觸覺感知能力需求將推動(dòng)機(jī)器人觸覺傳感器需求進(jìn)一步增加，如人形機(jī)器人的肢體、胸腔等部位有望成為潛在應(yīng)用場(chǎng)景。
視覺傳感器通過相機(jī)獲取環(huán)境圖像，進(jìn)行物體識(shí)別和跟蹤。
深度攝像頭（如激光雷達(dá)、ToF攝像頭）可以幫助獲取3D空間信息，使人形機(jī)器人能夠識(shí)別周圍環(huán)境中的物體行人和障礙物等，實(shí)現(xiàn)避障和導(dǎo)航等功能。
激光雷達(dá)用于環(huán)境的高精度測(cè)距，幫助機(jī)器人了解周圍障礙物的位置和動(dòng)態(tài)，為路徑規(guī)劃和避障提供重要信息。
禾賽科技推出了面向機(jī)器人領(lǐng)域的迷你3D激光雷達(dá)JT系列產(chǎn)品，采用禾賽第四代自研芯片，擁有全球最廣的360° x 187°超半球視野，為機(jī)器人提供零盲區(qū)的三維感知能力。
速騰聚創(chuàng)推出了全球首款機(jī)器人全固態(tài)數(shù)字化激光雷達(dá)E1R，搭載數(shù)字化SPAD-SoC芯片和2D VCSEL芯片，可以支持各類型移動(dòng)機(jī)器人在不同光照條件場(chǎng)景中穿梭作業(yè)。
奧比中光最新研發(fā)的dToF（直接飛行時(shí)間）激光雷達(dá)傳感器芯片LS635，集成了高性能SPAD像素以及高性能數(shù)據(jù)處理模塊的激光雷達(dá)傳感器芯片，采用行業(yè)最先進(jìn)的3D堆疊工藝的背照式SPAD-SoC芯片，已應(yīng)用于機(jī)器人、無人機(jī)和自動(dòng)駕駛等場(chǎng)景。
機(jī)器視覺是人工智能最重要的前沿技術(shù)之一，其底層邏輯在于為機(jī)器植入“人眼與大腦”，使機(jī)器可代替人工來對(duì)被檢測(cè)物品做測(cè)量與判斷。
當(dāng)前機(jī)器視覺向機(jī)器人視覺不斷進(jìn)化，人形機(jī)器人視覺方案目前主要以結(jié)構(gòu)光、雙目或多目RGB、TOF 等的組合方案為主。
全球機(jī)器視覺市場(chǎng)以美國康耐視和日本基恩士為代表的廠商占據(jù)全球超 50%的市場(chǎng)份額。
國內(nèi)機(jī)器視覺行業(yè)以?？低暋⒋蠛憧萍肌⑻鞙?zhǔn)科技、凌云光為代表的中國本土機(jī)器視覺廠商已在核心零部件技術(shù)與獨(dú)立軟件算法等方面進(jìn)行大力投入；奧比中光在中國服務(wù)機(jī)器人3D視覺傳感器領(lǐng)域市占率超過70%；奧普特?fù)碛型暾臋C(jī)器視覺核心軟硬件產(chǎn)品。
此外，IMU能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量人形機(jī)器人在三維空間中的角速度和加速度，通過感知機(jī)器人身體的傾斜、旋轉(zhuǎn)等姿態(tài)變化，為控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)反饋，使其能夠快速調(diào)整機(jī)器人的步態(tài)和姿態(tài)，以保持平衡防止摔倒。該領(lǐng)域主要布局廠商有敏芯股份和芯動(dòng)聯(lián)科等。
隨著特斯拉人形機(jī)器人量產(chǎn)進(jìn)程加速，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)較強(qiáng)，后續(xù)有望大幅提升核心零部件的需求，從而進(jìn)一步帶動(dòng)國內(nèi)廠商滲透率和市場(chǎng)份額提升。（來源樂晴智庫精選）
資料來源：特斯拉官網(wǎng)
資料來源：優(yōu)必選官網(wǎng)
