六维力传感器测量原理、结构、应用、市场规模及成本分析

日韩欧美起步较早，国内企业快速跟进。

六维力传感器可同时测量 XYZ 三个方向所受到的力 和力矩。以应 变式六维力传感器为例，其结构主要由六部分组成，分别是应变片、 弹性体、信息处理系统、保护销、传感器端盖和基座，当弹性体受力 发生形变时，进而引起弹性体上的应变片发生阻值变化，并转换成电 信号输出。

基本功能与安装：六维力传感器的基本功能包括检测、预防、测量、 控制、示教、保护等方面，通常安装在机器人的底座或者末端。

机器人应用方面：六维力传感器主要应用于工业机器人及对传感性能 要求更高的协作机器人。①在工业机器人领域，通过将六维力传感器 安装在机器人的末端，可以实现 3D打磨、汽车装配及复合材料铣削等操作。②在协作机器人领域，六维力传感器帮助机器人实现3C装配、 拖动示教、双臂协作等操作。

我国六维力传感器市场高增，机器人行业销量占比超 50%。销量方面， 据 GGII，2022 年中国市场六维力传感器销量 8360 套，同比+58%， 其中机器人行业销量4840套，占比超50%，同比+63%，预计到2027 年中国市场六维力传感器销量有望突破8.4万套，2023-2027年CAGR 超 60%。市场规模方面，据 GGII， 2022 年中国六维力传感器市场规 模 2.39 亿元，同比+52%，其中机器人应用领域的市场规模 1.56 亿元， 同比+54%，预计到 2027 年中国六维力传感器市场规模将超过 15 亿 元，2023-2027 年 CAGR 超 45%。

协作机器人的需求增长是近年来六维力传感器市场规模扩大的主要原 因。从市场规模来看，2022 年中国六轴及以上协作机器人市场规模约 为 21.53 亿元，同比增长 6%；从出货量来看，2022 年我国六轴及以 上协作机器人出货量为 1.95 万台，同比增长 5%，预计 2023 年出货量 将达2.5万台；预计2026年中国协作机器人出货量将达6万台，2023-26 年 CAGR 为 34%。

国产化率快速提升。据 GGII 统计，2022 年中国协作机器人领域六维 力传感器国产化率近 80%，出货量第一为国内企业坤维科技（未上 市），市场份额占比超过 50%；第二为国际龙头 ATI，其后为分别为蓝 点触控、宇立仪器、鑫精诚，均为国内企业。

目前六维力传感器价格昂贵。国产六维力传感器价格大概在 1-6 万元/ 个，而海外老牌厂商生产的六维力传感器售价显著高于国内，如 ATI 的六维力传感器产品单价可达 10 万元/个。

六维力传感器的制造成本主要集中在应变片、弹性体加工成本和人工 成本上。①应变片：六维力传感器中使用的应变片包括金属应变片和 半导体应变片。国内应变片龙头中航电测单个金属应变片售价约 12 元， 以使用 24 片应变片的六维力传感器为例，该六维力传感器的金属应变 片成本约 288 元。MEMS 技术成为主流后，半导体应变片大规模量产， 有望进一步降低成本。 ②弹性体： 弹性体价格较低，TPE （Thermoplastic Elastomer，热塑性弹性体）传感器弹性体材料价格 在 10-50 元/kg。按照双工作台+双方箱的带交换工作台功能的卧式加 工中心计算，弹性体装卡人工时间成本约 120 秒/件，通过加工方式的 改进（如在立式加工中心上采取连续送料多工位自动加工的方法）可 以大大降低人工时间（可降低至 10 秒/件）。③人工成本：产品组装、 调试等。

综合来看，六维力传感器综合硬件成本约在千元左右，仍存在较大降 本和降价空间。高盛预测，如果克服诸如产品设计、技术、可负担价格，以及广泛公 众接受度等障碍，到 2035 年人形机器人市场规模将达 1540 亿美元， 预计 2025-2035 年 CAGR 可达到 94%；到 2030 年，人形机器人出货 量可能达到 100 万台，并有可能成为继智能手机、电动汽车之后的下 一个被广泛采用的设备。我们预计人形机器人有望为六维力传感器新 增百亿元市场空间，关键假设如下： ①产量：保守/中性/乐观假设下，2030 年人形机器人产量分别约为 72 万/103 万/146 万台。 ②价格：单机体使用 4 个六维力传感器，分布于腕部和踝部，2030 年价格有望降至 2500 元，单机器人价值量为 10000 元。 ③测算：保守/中性/乐观情况下，2030 年人形机器人所需的六维力传 感器市场规模分别约为 72/103/146 亿元。

全球六维力/力矩传感器主要分为日韩品牌、欧美品牌和国产品牌三大 阵营。1970s 初期，美国、日本等国家率先研发出六维力传感器，目 前国际龙头 ATI 的产品准度可达 0.5%。1987 年中科院合肥智能机械 研究所研制出我国第一台六维力传感器，此后，国内企业和科研机构 也在加速研发，根据 GGII，坤维科技的产品准度已可对标 ATI，而大 部分中国企业的产品准度也已到达 1%-3%的较高区间。

日韩六维力/力矩传感器厂商：主要配套当地机器人本体厂商，其中， 韩国企业 Robotous、Aidin Robotics 主要合作厂商包括 Doosan Robotics、Neuromeka 和 Rainbow Robotics；日本企业 Sintokogio 和 WACOH-TECH 主要合作厂商包括发那科、电装、三菱、那智不二越、 安川等。

欧美六维力/力矩传感器厂商：一类是传统的传感器生产商，包括 ATI、 Bota Systems、ME-Meßsysteme、AMTl、Kistler 等；另一类是全球 知 名 的 机 器 人末 端 工具 生 产 商 ， 主要 有 SCHUNK、OnRobot、 Robotiq 等，欧美地区厂商合作企业以协作机器人本体厂商为主，主 要包括优傲机器人、达明机器人和欧姆龙等。

国内企业正快速跟进，有望加速国产替代。坤维科技、宇立、鑫精诚、 海伯森、蓝点触控、神源生智能、瑞尔特测控等国内企业均已有相关 的产品落地并进入产业化应用。但受高技术壁垒的影响，国产六维力 传感器在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等方面仍和国际 头部企业存在差距。例如国际龙头 ATI 目前产品准度可达 0.5%。坤维 科技借助自主研发的六维联合加载标定设备，已量产准度为 0.5%六维 力传感器，可满足绝大多数服务业、精密工业、医疗领域用途。其余 国内企业，如蓝点触控、宇立仪器、鑫精诚等，产品准度可达 1%-3%， 可应用于对准度要求相对较低的领域。然而，国产品牌成本优势显著， 有望加速推动国产替代，据 MIR，国产六维力传感器均价在 2 万元以 上，外资产品均价在 4 万元左右。