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力传感器行业专题分析：力传感器在机器人中的应用。当地时间 2023 年 12 月 12 日晚，特斯拉 CEO 马斯克发布了特斯拉人形机器 人 Optimus（擎天柱）二代机的最新视频。机器人的手部灵活性、抓取鸡蛋、 深蹲、行走速度的变化，均需要对触觉传感器、力/力矩传感器等做出较大 改进，后续传感器有望成为行业关注重点。

什么情况下要使用多维力传感器？力传感器是一种用于测量物体所受的力 量的装置。它们广泛应用于各个领域，包括工业、医疗、体育等。按照感力 元件，可以将力传感器大体分为应变式/压阻式、压电式/压容式、光电式等 三类。目前，市场应用的六维力/力矩传感器多基于应变式测量。常规的一 维力传感器用于力的方向和作用点都固定的情况下，三维力传感器则用于 方向随机变化、力作用点不变的情况下。若力的方向、作用点都在变化，则 需要使用六维力传感器。此外，如果力的作用点离传感器标定参考点的距离 较远，且随机变化，测量精度要求较高，一般需要采用六维力传感器。

力矩传感器市场规模超 400 亿元，六维力矩传感器尚处于发展初期。据 Markets and Markets Research 数据，2021 年全球力矩传感器市场规模约 为 68 亿美元（约合人民币 439 亿元），预计到 2026 年达到 90 亿美元，CAGR 约为 5.7%。力矩传感器目前主要用于汽车测试、测量检测、工业、航空航 天与国防等领域。

六维力矩传感器方面，据高工机器人数据，2022 年中国 六维力/力矩传感器销量 8360 套，同比增长 57.97%，其中，机器人行业销 量 4840 套，同比增长 62.58%。市场规模方面，2022 年国内六维力/力矩传 感器市场规模 2.39 亿元，其中机器人六维力/力矩传感器市场规模 1.56 亿 元。当前，六维力/力矩传感器市场规模较小，尚未形成规模效应。根据我 们的计算，机器人用六维力/力矩传感器均价从 2017 年的 4.6 万元/套下降 至 2022 年的 3.2 万元/套。当前仍处于较高水平。 六维力矩传感器:目前，六维力/力矩传感器主要应用于汽车行业碰撞测试、 轮毂测试、零部件测试等，以及航空航天、生物力学、医疗康复、科研实验、 机器人与自动化领域。

在机器人领域，六维力矩传感器对手腕、脚踝等关节是优选，但并非是必选 项。根据袁俊杰等在《关节力矩反馈型协作机器人的阻抗控制研究》实验结 论，六维力矩传感器安装简单，在不考虑成本的情况下，是阻抗实验的首要 选择；关节力矩传感器的使用需要改变机器人结构，安装比较复杂，但通过 关节力矩传感器也可以计算出末端接触力，并进行较精确的控制。

人形机器人：手腕及脚踝可能使用六维力矩传感器。特斯拉机器人脚掌后方 可能使用六维力传感器，因为机器人的行走过程中需要保持平衡，若此时用 到六维力传感器可以感测机器人脚下地面反作用力。此外，前部可能增加脚 趾部位传感器，从而获得更多点信息，适应更加复杂的地面场景，可能为一 维力传感器。从优必选官网展示人形机器人 WalkerX、Walker、熊猫机器人 悠优配置可以看出，也主要是在脚踝、手腕等 4 处末端执行器采用了六维 力矩传感器，可以实现在碎石、地砖、草坪、厚地、草坪等不平整地面上稳 定快速行走。关节处可能使用使用电流环控制或一维力/力矩传感器。根据 我们的测算，在手腕、脚踝处使用六维力矩传感器、关节处使用一维力/力 矩传感器的假设下，我们测算人形机器人销量达到 10 万台、100 万台时， 对应六维力、力矩传感器市场空间有望分别达到 48 亿元、260 亿元。