六维力传感器核心壁垒、增量市场与国产替代空间如何？

六维力传感器行业具有高技术壁垒。

1.六维力传感器核心壁垒在于标定及测试

六维力传感器有三大技术壁垒，涉及到产品结构设计、生产工艺和标定检测。1）弹性体的结构设计，直接影响着传感器的灵敏度、动态性能、维间耦合等指标；2）生产工艺的复杂程度，以目前最成熟的应变片式技术路线为例，应变片的生产特点之一在于需要大批量生产才能覆盖单次的启动成本，同时包括贴片、温度补偿、测试等环节需要大量的专业工程师参与。 3）传感器的校准和标定技术，标定是指通过硬件或软件方法解决多通道信号在传输过程中互相干扰的问题（即解耦），六维力传感器的标定样本空间含531441 个样本点，是一维力传感器难度的 6 次方，需要借助标定设备通过解耦算法极力降低串扰，提升准度和精度。

六维力传感器核心壁垒主要体现在标定和测试阶段，包括三方面：标定检测设备：六维力传感器标定及检测设备需要空间光学定位、载荷位移补偿、机电一体化等多种技术的协同配合，需要成熟的工程经验。目前只有六维联合加载设备可以实现0.5%FS的精度，但这类设备属于非标设备，无法直接采购，需要六维力传感器厂商自行研制。

样本数量：标定指建立传感器原始信号和受力之间的映射关系的过程，检测指通过对比传感器测量结果和理论加载值的差异来判断精度和准度。相比一维力传感器，六维力传感器需要标定的样本点呈指数级增长，假设每个维度设定 9 个样本点，一维力传感器仅需9 个样本点，而六维力传感器需要标定 531441 个样本点（图中黄色点）。同样的，检测也需要更多的样本点（图中蓝色点），同时要满足随机性和非相关性的要求。

耦合误差：理论上六维力矩传感器在单一维度的力或力矩作用下，只在相应维度上产生输出，其他维度没有输出。但由于零部件精度、传感器结构、横向效应等因素，各个测量方向间存在维间耦合，通常用串扰来衡量，是六维力传感器的关键性能指标之一。消除耦合误差主要通过构建解耦矩阵来实现，利用数学模型计算解耦矩阵，补偿温度漂移、零点漂移等影响。

精度及准度为六维力传感器衡量性能的重要指标。多维力传感器精度衡量的是测量结果之间的重复性。其检定方法是，在相同环境条件下，在额定载荷范围内，进行多次重复联合加载相同一组载荷后，计算得到的传感器测量值的标准差，并除以量程。多维力传感器准度衡量的是测量结果与理论真值的偏离程度。其获得的方法是，对传感器进行多组多维联合加载，计算得到的传感器测量值与所加载荷理论真值之间的标准偏差，并除以量程。精度和准度的检定过程中，都需要对多维力传感器以其最高测量维度进行联合加载。

2.人形机器人将成为六维力传感器重要增量市场

六维力传感器当前最大市场为工业机器人及协作机器人。六维力传感器作为关键的感知类元器件应用广泛，在多个领域中发挥着重要的应用，且下游行业较为集中。在2024年六维力传感器下游应用中，机器人仍为最大的应用领域，例如：高精度抛光打磨、铣削、焊接及高精密装配等场景普通多关节机器人，以及对传感性能要求更高的协作机器人柔性装配场景，两者合计占比超过 70%。

六维力传感器市场进入高速发展阶段，人形机器人行业将贡献重要增量。我们认为，随着人形机器人产业化进程加速，将会带动零部件行业快速降本，六维力传感器成本下降也会进一步刺激行业采用更多的六维力传感器，人形机器人将为六维力传感器贡献主要增量。根据我们的测算，至 2030 年，六维力传感器市场空间将有望达到 144.42 亿元，CAGR-5 为49.73%；至2035年有望达到 277.80 亿元，CAGR-10 为 30.6%。

3. 降本需求迫切，国产替代空间广阔

六维力传感器单价较高，降本空间大。目前六维力传感器的总销量仍然较低，生产成本较高，根据高工机器人，特斯拉 Optimus Gen2 所用到的 4 个六维力传感器成本大约占总成本的24.4%，单个六维力传感器的成本接近 3400 美元。优必选招股说明书显示其人型机器人上使用的六维力传感器单价超过 1.5 万元，爱采购显示进口 ATI 六维力传感器单价在1-12 万元不等，我们预计六维力传感器的降本空间较大，主要体现在：1）通过结构优化减少应变片的使用量；2）大规模量产后带来的规模效应；3）工艺技术持续改善，高精度零部件成本降低。国产品牌起步较晚，与国外品牌的技术差距在逐步缩小。据高工机器人产业研究所统计，2022 年中国传感器市场中，国产品牌占比仍然低于 30%。六维力传感器方面，美国、日本起步较早，占据主要的高端市场。近年来国产品牌也开始发力，逐步缩小与国外品牌在测量准度、抗过载等方面的差距。

政策加持，力传感器有望实现技术突破。2023 年 9 月，工信部发布了关于人形机器人的揭榜挂帅任务榜单，共有 5 项核心基础，力传感器技术是其中之一，目标在2025年前，实现低成本、高性能的智能化力传感器。2023 年 11 月，工信部发布《人形机器人创新发展指导意见》，目标在 2025 年之前实现人形机器人关键技术的突破，确保零部件的供应安全有效，高精度传感器是基础部件的重要组成。我们认为，在国家政策的加持下，力传感器将迎来高速发展。

国产品牌加速入局，市占率有望进一步提升。坤维科技、鑫精诚、宇立仪器在国内市场中销量进入第一梯队，在协作机器人、汽车碰撞测试、医疗康复等细分领域优势明显。此外，其他传感器厂商也开始进入六维力传感器赛道，如凌云股份、安培龙、杭州柯林、柯力传感、东华测试、等。其中凌云股份联合中国科学院合肥物质科学研究院和中兵智能创新研究院联合揭榜国家工信部 2023 年未来产业人形机器人方向力传感器创新任务。国产品牌在成本方面更有优势，有望加速国产化进程。