【前瞻系列】人型机器人行业首个母平台发布,关键零部件传感器功不可没,产业链再梳理(附股)

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前言:根据报道,行业首个母平台暨本体发布,未来有望实现快速定制人形机器人,有乡亲希望我能梳理下相关赛道,安排!

特别说明:

有看官对我各种系列觉得好奇,想问问我是如何分类的。这里统一回复下:

对于任何的题材实际都要经历四个阶段,分别是:萌芽、成长、爆发和衰退。我不同的系列实际对应的就是不同的阶段。

萌芽阶段:依赖于专业深度和人脉广度,可以通过我的置顶文章找到路径。
成长阶段:依赖于资金厚度和政策力度,也就是「前瞻系列」的由来。
爆发阶段:依赖于市场氛围和专业深度,这就是「风口系列」的由来。
衰退阶段:潮起就有潮落,这阶段或许还比较火,我会尽我所能给大家做「吹哨人」。

同时,为了方便诸位对于热门题材的评估跟踪,我这里借鉴这几年私募界比较流行的题材活跃度指数进行了综合评级,具体见文末相关个股部分的介绍。

本篇目录
1.来龙去脉
2.认识传感器
3.认识力传感器
4.行业现状
5.市场前景
6.相关上市公司
7.独家核心提示

一,来龙去脉
成立近6个月,北京人形机器人创新中心如约交出了成果——该中心自主研发的第一代通用人形机器人母平台暨本体“天工”。北京人形机器人创新中心是国内首家省级人形机器人创新中心,成立之初,其目标便是打造全球首个通用人形机器人“硬件母平台”,首个大模型+开源运控系统“软件母平台”。围绕行业亟待解决的关键共性问题,开展通用人形机器人本体原型、人形机器人通用大模型、运控系统、工具链、开源OS及开发者社区等5项重点任务攻关。

从投资角度看,国元证券表示,国内外人形机器人厂商批量交付乃至量产预期集中在2024-2025年,从各大厂商demo机目前进度来看,人形机器人硬件方案对各核心零部件的要求基本定型,主要硬件均存在市场对应商业产品,痛点在于降本,后续有望通过大规模量产实现。

各类硬件中,传感器赋予机器人视、力、触等多种感知能力,对本体及外部环境感知均有助益,国内优必选、智元、宇树等机器人产品上亦搭载多款传感器。对于“天工”机器人,用到的传感器(视觉、力矩、IMU)被重点介绍,无独有偶,对于特斯拉此前发布的OptimusGen2,中泰证券将传感器视作该产品最大的边际变化。

二,认识传感器

根据感力原件的不同,传感器主要分为三类:应变式力传感器、光学式传感器以及压电式力传感器。

应变式力传感器,采用的是硅应变片或金属箔,本质是材料本身发生形变进而转化为阻值变化;光学式传感器则是通过光栅反映形变,再转化成力;压电式传感器是将被测物理量变化转换成压电材料因受机械力产生静电电荷或电压变化的传感器,可分为电容和压电两种,电容是通过极距的变化导致电压变化,压电则是通过形变改变电荷。

经过稳定性、刚度、动态特性、成本与信噪比五个维度的比较可知,硅应变传感器和金属箔传感器之间,硅应变片在稳定性、信噪比以及动态特性方面要更优,两者刚度上相差不多,但成本上金属箔要优于硅应变片;电容传感器和压电传感器之间,电容传感器成本最优,其他几项弱于压电传感器;光学传感器在动态特性方便明显具有优势。

三,认识力传感器

应变力传感器:电阻应变式传感器的灵敏元件主要是应变片,他是一种用来测量物体应变的测试工具。力传感器是机械、电子、算法、计量融合的复杂交叉学科,技术壁垒较高。

力传感器的重要部件包含弹性体和应变片,弹性体制造质量直接影响到传感器的测试性能指标,因此,弹性体的制造是力传感器生产的重要环节。

1.弹性体和应变片是力传感器的核心零部件

应变片和弹性体是力传感器的主要结构组成和成本组成部分。一般而言,力传感器厂商外购加工好的弹性体及应变片,因此,主要需要完成焊接加工这一环节的工艺,目前六维力传感器等多维传感器依然以人工显微镜下的手动贴片为主,低端的一维传感器等,部分企业积极探索自动化生产。

应变片的核心性能指标是灵敏系数和疲劳寿命,国内外生产的应变片主要技术差异体现于此。一般而言,国内的应变片价格,根据中航电测招股说明书披露的数据计算,大约在几元左右,而海外进口应变片的价格可达百元以上。

2.多维力传感器的技术壁垒更高,高精度、抗干扰能力强

力传感器是将力的量值转换为相关电信号的器件。根据所测力的维数不同,力传感器可被分为单轴力传感器和多轴力传感器。一维力传感器又称为拉压力传感器,指测量单一维数方向上的力或力矩,同理多轴力传感器就是可以检测多个维数方向上的力或力矩。常见的一维力传感器主要是称重传感器,可广泛用于汽车衡、配料衡、包装秤等各种电子衡器和自动称重系统。此外,用于机器人关节内部的扭矩传感器区别于一般的扭矩传感器,相当于一个简化版的六维力传感器。

多维力矩传感器相比于单轴力矩传感器技术壁垒更高,因为多维力传感器除了要解决对所测力分量敏感的单调性和一致性问题外,还要解决因结构加工和工艺误差引起的维间(轴间)干扰问题、动静态标定问题以及矢量运算中的解耦算法和电路实现等问题。

四,行业现状

1.力传感器需求不断增长,以称重传感器需求为主

2021年我国传感器市场规模达2975.1亿元。市场结构占比方面,以中低端传感器为主,压力传感器和图像传感器占比稳步提升,2021年分别占比17.9%和10.3%,是目前国内占比最高的两种传感器。 从市场规模来看,国内应变式传感器市场规模稳健增长。据华经产业研究院统计,2021年中国应变式传感器市场规模为26.4亿元,同比增长15.2%,预计2022年中国应变式传感器市场规模将达到30.57亿元,2016-2022年间CAGR为14%。

供需方面,我国应变式传感器需求量大于产量。据华经产业研究院统计,2021年我国应变式传感器行业产量为948.9万只,需求量为1032.1万只;据华经产业研究院预计,2022年产量及需求量分别达到1122.6/1211.2万只。

2.力传感器相比于电流环传感方案精度更高

力传感器是机器人力感知的关键部件。ABB、安川、KUKA等企业的机器人,能够广泛应用于仿生、医疗、打磨、装配、抓取及人机共融等领域中,持续开发拖动示教、人机交互等功能,除开本身具备高柔性、高自动化等优点,力传感器的作用不可忽视。

目前机器人力控方案大致有 3 类,分别为电流环力控、多维力矩/力传感器力控、被动力控(弹性体),其中多维力矩/力传感器力控是当前力控的最佳方案,其硬件包括关节部位的单轴力矩传感器和机器人执行器末端的 6 轴力传感器。关节力矩传感器感知能力相比于电流环感知能力更优。

从力矩传感器和电流环信号对外部推力增加的信号变化来看,从由于减速器的静摩擦力,需要较大的外力,才能使电流环检测到,而力矩传感器能够较快的检测到外力的变化,在对于性能追求大于成本控制追求的情形下,力矩传感器是更优的传感方案。

3.从特斯拉机器人看力传感器运用

随着人形机器人对关节的灵活度和运动精度的控制能力进一步提升,对力矩传感器的需求进一步提升。在特斯拉人形机器人中,除手指部分小执行器外,特斯拉机器人本体共包含多种不同的力矩/推力大小的执行器,一大类是直线执行器,另一大类是旋转执行器。

4.多维力传感器单价高,国内产品更具性价比

多维力传感器主要应用于高端需求场景,下游机器人领域客户进入门槛较高。目前,国产六维力/力矩传感器与海外厂商传感器在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距。多维力传感器单价相比于一维力传感器有大幅的提升,国内品牌产品单价显著低于海外品牌。

五,市场前景

根据高工机器人产业研究所(GGII)数据显示,2022年中国市场六维力/力矩传感器销量4840套,同比增长62.58%。GGII预计,2023年中国市场六维力/力矩传感器销量有望突破6700套,同比增速40%左右。

从当前出货量来看,目前六维力/力矩传感器市场在整体传感器市场中占比依然较低,尚未形成明显规模效应。随着国内参与研发厂商的持续增加,叠加下游应用场景不断扩张,对六维力/力矩传感器的市场需求有望进入高速成长期,将伴随着多技术路线、产品矩阵的完善、产品成本的下降以及国产化率的提升。

人形机器人等新技术有望带来六维力传感器需求提升。六维力传感器及关节扭矩传感器主要应用于高端领域的机器人,人形机器人市场空间大,增速迅猛。人形机器人下游应用领域按最终用户可以划分为涵盖了教育、医疗、酒店、公共设施、住宅、零售和其他。

六,相关上市公司

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特别说明:以下仅为部分个股,个股业务匹配度有差异,故表现有强弱、先后区分,故需进一步阅读对应的第三方独立「个股报告」进行筛选,但因版权方要求,「个股报告」仅在「内部报告」栏目提供。

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1)个股大家可以自己收集,关键还是看逻辑,我也只是收集整理,并不涉及判断好坏|
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3)「高匹配度个股核心内容解读」涉及商业利益,不适合在公众平台发布

七,独家核心提示
「前瞻系列」,自然是有些超前的,超前并不等于没有表现,但至少说明目前还没有被市场充分挖掘,而其中最容易出现的就是个股行情带动板块行情,所以在个股的把握上更为重要,这时候特别要关注「公司业务匹配度」的情况,也就是「高匹配度个股核心内容解读」中的内容,只有关联度高才能有持续表现。

以上是我自己研究的方向和思路,也就是和大家一起分享下。

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$柯力传感(SH603662)$