系列文章两点说明：
- 只看逻辑、不谈估值。本系列文章主要从各大券商研报中取其精华，一起了解题材的主要逻辑。
- 随机选择研报，主题不确定。如果大家有感兴趣的行业或题材，请留言。
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核心观点
- 六维力传感器是维度最高的力传感器，已成为高性能人形机器人的标配。
- 六维力传感器生产技术难度大、生产效率低，产品价格昂贵、利润较高。
- 目前六维力传感器市场规模化不足，但未来人形机器人量产将带来较大市场增量。
- 国内六维力传感器市场以外资品牌为主，国产化率有望提升。
- 涉及六维力传感器的国内上市公司较少，主要为昊志机电、柯力传感以及敏芯股份。
一、力传感器作为力的感知及测量工具，上游材料成本占比高，下游应用广泛
力（或力矩、力觉）传感器是一种能感知力（或力矩）并转换成可用输出信号的传感器，核心原理是将力作用下的形变转换成电信号，能检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量。力传感器主要包括本体单元和应变/形变检测系统两大部分，由力敏元件、转换元件和信号处理单元等具体元件组成。
力传感器上游材料成本占比较高，下游行业应用领域广泛。以应变式传感器为例，力传感器产业链上游主要为材料类、元器件及组件类、生产或检测设备等细分行业，中游主要为力传感器的加工制造和封装检测，下游应用领域包括工业、消费电子、汽车电子、医疗、航空航天等领域。
以应变式传感器为例，上游直接材料成本占比达 80%以上。根据柯力传感 2022 年年报，柯力传感应变式传感器产品主要为应变式称重传感器，产品上游直接材料成本在产品营业成本中所占比重达到 80%以上，其中金属材料如钢材等占比较高。
二、六维力传感器是维度最高的力传感器，已成为高性能人形机器人的标配
根据所测力的维数不同，力传感器可被分为单维力传感器和多维力传感器。如果传感器能同时测量沿三个坐标轴方向的力和绕三个坐标轴方向的力矩，那么这类力觉传感器一般被称为六维（轴）力传感器，六维力传感器是维度最高的力觉传感器。
根据其测量原理不同，力传感器可以分为光电式、应变式、电容式、压电式等类型。其中，应变式传感器在稳定性、刚度、信噪比等多个方面具备优势，且因其精度高、价格低和易用而最受欢迎，应用范围最广。在应变式力传感器中，硅（或半导体）应变片式力传感器性能更优。目前市场应用的六维力传感器大部分也是应变片式。
六维力传感器能给出最为全面的力觉信息以及提升传感精度，并非是多个低维的力传感器可替代的。当前六维力传感器被广泛应用于汽车行业的碰撞测试、轮毂、座椅等零部件测试以及航空航天飞行器、生物力学、医疗领域、科研实验、机器人与工业自动化等众多科技领域。
在机器人领域，为提升机器人操作的精细化与柔性化程度，六维力传感器是不可或缺的零部件之一。六维力传感器在传统机器人中的应用场景包括力控、力觉反馈、质量检测、动态控制，在人形机器人中的应用场景包括力控、摆动稳定控制、安全控制。
六维力传感器主要安装在机器人的末端部位，通常安装在手腕、脚腕、足底或手部，在运控规划、姿态调整、力度感知等中起到重要作用，以提升手部操作的灵活性以及脚部行走的稳定性。目前已使用六维力传感器的人机产品包括特斯拉Optimus、优必选 Walker X、达闼小紫 XR-4、本田 ASIMO、美国宇航局 Valkyrie 等。
三、六维力传感器生产技术难度大、生产效率低，产品价格昂贵、利润较高
1、六维力传感器技术、资金壁垒最高，生产效率低
为了保证六维力传感器的稳定性和精确度，其核心技术包括解耦方法、六维联合加载标定检测系统、降低零点漂移和温度漂移等。以上这些技术既涉及到非常专业的硬件、软件设计开发能力，又必须依赖大量的实践经验指导和高精度的设备，且部分设备需要自研，投入成本较高。六维力传感器行业也存在人才壁垒。
六维力传感器作为高精度力传感器的一种，相比普通力传感器在工艺流程上更为复杂。以柯力传感高精度传感器项目为例，高精度传感器增加的工艺包括：在弹性体材料处理工艺比，高精度传感器增加了深冷工艺，消除组织内应力，确保弹性体材质更精良和更稳定的金属组织；增加了贴片后的老化工艺和前道过载预压及振动处理，对零点稳定性做分析筛选，以满足环境应力筛选的要求；采用焊接性能更可靠的连续激光焊接和精密氩弧焊接工艺，提升防护能力；内置高精度的数字芯片，提高信号分辨率，具有自动修正补偿功能；集成多种物理量的传感器，对工作状态进行监测，并进行大数据分析，进行故障判断和预警。
六维力传感器工艺流程尚未实现全自动化生产，例如贴片环节尚未自动化，而六维力传感器应变片数量较多。
2、六维力传感器价格高、利润空间大
六维力产品平均价格在 2-4 万左右，平均价格是低维力传感器的 10 倍左右。根据 MIR 调研，六维力传感器成本在数千元，对比 2-4 万元的产品单价，其利润率较高，降价空间充足。在人形机器人量产加速、降价迫切的预期下，六维力传感器也将迎来降价潮，行业也将迎来新一轮的洗牌。
四、六维力传感器市场规模化不足
当前全球力和力矩传感器的市场规模预计已接近 700 亿人民币，2023-2026 年间复合增速约为 5.81%。相比之下，国内六维力传感器市场相对小众，2022 年市场规模不到 3 亿人民币、销量不到 1 万套。六维力传感器行业未能形成规模化出货的原因在于：
- 一是产品生产技术难度大，调试时间长，生产效率低，价格昂贵。
- 二是力控算法以及基于力控场景工艺算法等技术存在堵点，导致下游需求乏力，始终未能形成规模化出货。
在六维力传感器下游应用中，工业自动化（包含传统机器人）领域应用规模占比最大，但人形机器人行业应用规模增速最快。根据 MIR 数据，2023 年六维力传感器仍主要应用于工业自动化领域，应用规模占比超过 77%。人形机器人行业应用规模同比增长146.7%，增速远超其他行业。另外根据 MIR 调研，单独观察机器人领域的应用，六维力传感器在此领域的应用比例超过 50%、占比较高。
长远来看，人形机器人量产将是六维力传感器市场的较大增长来源：
- 每台人形机器人需要在每只手腕、脚部安装一台六维力传感器，即每台人机至少应用 4 台六维力传感器；
- 六维力传感器的价格下降速度与人形机器人价格下降速度保持一致。
根据以上假设，我们预计在悲观/中性/乐观情景下，2030 年全球由于人形机器人行业带来的六维力传感器销量增量为 197/425/753 万台，市场规模增量预计为 260/337/409 亿元人民币，对于当前六维力传感器不到 3 亿人民币、不到 1 万套销量的国内市场，将是较大的增长来源。
五、国内六维力传感器市场以外资品牌为主，国产化率有望提升
从全球范围来看，六维力传感器主要分为日韩品牌、欧美品牌和国产品牌三大阵营。从国内市场来看，六维力传感器市场集中度较高，CR5 占比超过 50%。其中 ATI（美国）占据绝对龙头地位，份额占比为 22.4%，其次是宇立仪器（中国）占比 12.2%、Epson（日本）占比 6.4%、蓝点触控（中国）占比 4.8%、坤维科技（中国）占比 4.7%。
根据 GGII 调研，尽管入局国内厂商越来越多、产品越做越好，从国内外产品对比情况来看，产品性能上国内厂商与国外仍存在差距，尤其是在抗过载能力、串扰、线性误差等指标层面，但在精准度方面已基本对齐。从价格上看，国产品牌性价比更高，将有望加速推动国产替代进程。
六、相关公司梳理
- 宇立仪器：在多轴力传感器设计领域积累了近 20 年经验，是全球多轴力传感器领导企业。多年来前后一共设计生产了 9 大系列、300 多个型号的多轴力传感器，从一轴至六轴，都有相应的产品覆盖，应用领域从汽车碰撞假人到机器人打磨再到人形机器人。
- 坤维科技：核心技术源于航天测试，主攻协作机器人赛道，已向人形机器人领域拓展。通过在成熟的航天技术上进行创新并结合机器学习技术，坤维科技自主研发智能六维力产品打破海外公司在高端六维力传感器领域的长期垄断地位。
- 蓝点触控：在国内品牌中六维力产品营收仅次于宇立仪器，从硬件到软件提供全面解决方案。
- 海伯森：公司产品有两条主线，覆盖人形机器人两大领域。一方面是光学和视觉产品线，赋予了机器人感知，让机器人能够看到；另一方面是力学产品线，能够让机器人在看到的同时感知到力的反馈。但当前产品以视觉传感器为主、六维力传感器为辅，主要专注于标准品销售而非整体解决方案。
- 鑫精诚：3C 细分赛道起家，六维力产品类型较丰富，但量程覆盖范围较窄，主要以高性价比产品切入低要求应用领域。
- 神源生智能：具备南京航空航天大学背景，国内市场份额占比较低。
- 埃力智能：扎根运动健康领域，已被人机厂商傅利叶智能收购。
- 瑞尔特测控：依托德国先进技术，生产的多维力传感器性价比较高、产品量程较大，已应用于军工、航空航天、核电、工业自动化、医疗精密设备测试等领域。
- 昊志机电：立足主轴业务向机器人领域扩张，六维力产品处于初步商业化阶段，销售规模和应用市场较小。
- 柯力传感：以称重传感器起家，六维力产品处于开发试制阶段。
- 敏芯股份：聚焦 MEMS 传感器，六维力产品处于研发阶段。
研报来源：华宝证券《人形机器人专题报告四：六维力传感器：人机末端力觉来源，行业格局变化在即》，分析师：曾文婉，2024年4月
原报告下载地址：《人形机器人专题报告四：六维力传感器：人机末端力觉来源，行业格局变化在即》
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