机械设备深度报告:力传感器——高价值量零部件,人形拉动广阔需求空间.pdf

2024-07-09 17:36
中邮证券
刘卓,傅昌鑫
机械设备深度报告:力传感器——高价值量零部件,人形拉动广阔需求空间.pdf

证券研究报告:机械设备|深度报告2024年7月8日市场有风险,投资需谨慎请务必阅读正文之后的免责条款部分行业投资评级强于大市|维持行业基本情况收盘点位1212.5952周最高1583.6752周最低1090.08行业相对指数表现(相对值)资料来源:聚源,中邮证券研究所研究所分析师:刘卓SAC登记编号:S1340522110001Email:liuzhuo@cnpsec.com研究助理:傅昌鑫SAC登记编号:S1340123050006Email:fuchangxin@cnpsec.com近期研究报告《出海系列专题(2):高空作业平台-掘金欧美市场,出海空间广阔》-2024.07.01力传感器——高价值量零部件,人形拉动广阔需求空间⚫投资要点力传感器在人形机器人领域具备巨大增量应用空间。以特斯拉Optimus为例,力传感器能助力人形机器人实现触觉感知及精准操作,多维力传感器在人形机器人领域中主要作用有三方面:力控制、平衡稳定控制、安全防护控制。人形机器人上会组合使用各类力传感器以满足不同的控制需求。其中少部分位置已经开始使用六维力传感器,它们在不同部位的安装可以显著提升机器人的操作性能和稳定性。预测2027E/2030E人形机器人产量突破20.27/122.36万台时,人形机器人领域带来力传感器的增量市场规模为141.70/560.81亿元。力传感器结构特点、行业及市场格局解析。力传感器是一种检测和度量力/力矩的装置,由力敏元件、转换元件和信号处理单元等具体元件组成,按照测量维度的不同,可以分为一维至六维力传感器,最常见的是一维、三维和六维。根据测量原理不同,可以分为光电式、应变式、电容式、压电式等类型,应变式为主流。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,下游应用领域广泛,可应用于工业、消费电子、汽车电子、机器人、医疗、航空航天等领域。目前六维力/力矩传感器市场基数依然偏小,尚未形成明显规模效应。从价值量较高的六维力矩传感器市场来看,国外老牌厂商众多,但受益于机器人市场需求催化,中国市场近年来入局者也在逐年增加,国产厂商正逐步追赶。六维力传感器的核心技术壁垒在于对精度、准度及串扰性能的提升,未来降本空间大。六维力传感器不光形态多,研发难度也非常大。其主要性能参数包括:量程、过载能力、分辨率、重复精度、串扰、准度等,其中体现六维力/力矩传感器综合性能的关键指标是串扰、精度和准度。降低多维力传感器耦合误差的策略大体上可分为结构性解耦和算法性解耦。为了能够达到更高的精度和准度,需要在传感器标定和检测过程中采用六维联合加载的方式,然而六维联合加载设备需自行研制,技术门槛较高。另外,六维力传感器还存在全方位机械过载保护、温度漂移和稳定性控制、多通道信号及实时数据处理和传感器融合等技术壁垒。六维力传感器单价较高,其成本中应变片、人工成本占比较高,未来有望随着市场基数扩大从而有效降本。产业链相关标的:坤维科技、宇立仪器、鑫精诚传感器、柯力传感、昊志机电、安培龙⚫风险提示:人形机器人规模化不及预期风险;六维力传感器技术路径变化风险;产品降价程度不达预期风险。-30%-26%-22%-18%-14%-10%-6%-2%2%2023-072023-092023-122024-022024-042024-07机械设备沪深300请务必阅读正文之后的免责条款部分2目录1人形机器人的触觉实现...41.1力传感器助力人形机器人实现触觉感知及精准操作41.2力传感器在人形机器人中的具体应用.....52解析力传感器行业.72.1什么是力传感器.....72.2力传感器的具体分类.92.3力传感器产业链解析112.4六维力传感器市场格局....122.5六维力传感器的核心参数及技术问题....142.6六维力传感器成本分析....193产业链相关标的..204风险提示..22请务必阅读正文之后的免责条款部分3图表目录图表1:Optimus处理传递鸡蛋等精细物体..4图表2:Optimus在特斯拉工厂娴熟分装电池4图表3:多维力传感器技术应用.....5图表4:多维力传感器适用于人形机器人的关节、手腕、脚踝、灵巧手等部位..6图表5:人形机器人领域带来的力传感器增量市场情况测算.....7图表6:人形机器人具身智能架构...8图表7:六维力矩传感器结构示意图.9图表8:一维、三维、六维力传感器作用示意及产品图..10图表9:力传感器按测量原理分类..10图表10:硅/金属箔电阻应变式传感器在稳定性、刚度、信噪比等多个方面具有优势.11图表11:力传感器产业链情况.....12图表12:2017-2027E我国六维力传感器销量及同比.....12图表13:2017-2027E我国六维力传感器行业规模及同比.12图表14:全球六维力/力矩传感器主流厂商13图表15:国内市场厂家竞争格局情况.....13图表16:2023年中国市场六维力传感器厂商营收占比...14图表17:2020-2023国内市场内外资出货占比....14图表18:对六维力矩传感器产品的串扰指标测定情况...15图表19:精度和准度的统计意义...17图表20:一维、六维力传感器标定的样本空间示意图...17图表21:六维力传感器的样本空间(紫色-检测样本点;黄色-标定样本点)..18图表22:美国(左)、德国(中)、以色列(右)的六维力传感器标定及检测设备....19请务必阅读正文之后的免责条款部分41人形机器人的触觉实现1.1力传感器助力人形机器人实现触觉感知及精准操作去年年底,特斯拉发布了关于其人形机器人Optimus最新的迭代升级,着重凸显了Gen2在操作技能上的显著提升。到今年5月,特斯拉又发布了Optimus在其工厂“打工”的演示视频,工作中Optimus仅依靠FSD、2D摄像头、手部的触觉和力传感器,就能够执行较为复杂、精细的操作任务,其先进的力感应技术大大增强了它在实际应用场景中的灵活性和稳定性。视频中有几处亮点同力传感器息息相关:精准抓握:OptimusGen2能够轻柔而精确地抓取和放下鸡蛋,这展示了它在精细操作方面的卓越能力。力传感器的应用使得机器人能够感知并调整握力,避免对易碎物品造成损害;物体传递:机器人能够流畅地将物品从一只手转移到另一只手,这一过程需要精确的力度控制和协调能力。力传感器帮助机器人在转移过程中感知和调整力度,确保物品的平稳过渡;深蹲动作:OptimusGen2能够执行标准的90度深蹲动作,这要求机器人的多个关节协同工作,保持身体的平衡。力传感器在此过程中协助机器人感知身体各部位的受力情况,以维持姿势的稳定;步态调整:机器人能够根据需要调整其行走速度,这表明它具备适应不同环境的能力。力传感器在此过程中监测足部与地面的接触力度,并帮助机器人调整步伐,以适应不同的行走条件;足部与腿部设计:OptimusGen2的足部和腿部设计模仿了人类的结构,这使得它能够在多变的地形上自如行走。力传感器在此帮助机器人感知地面的质地和凹凸不平,从而调整步伐和保持平衡。通过这些展示,OptimusGen2证明了其在力控制和感知方面的先进技术,预示着未来机器人在各种工作

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