力矩传感器：人形机器人的“触觉”之源，技术壁垒与降本增效并存

 在人形机器人日益精进的智慧之路上，力矩传感器扮演着至关重要的角色，它们如同机器人的“触觉”，赋予了机器人感知外界力量的能力，是其实现复杂精细动作感知和控制的核心部件。

什么是力矩传感器？

 传感器是机器人获取信息、感知世界的“眼睛”和“耳朵”。力矩传感器，作为其中的一种，其特殊之处在于能够将力的变化转化为电信号。这意味着，当机器人感受到外界的推、拉、挤、压，或是扭转的力量时，力矩传感器能够将其转化为机器人生化系统能够理解和处理的电信号，从而指导其行动。

多维力/力矩传感器的技术“硬骨头”

根据所测量力的维度不同，力传感器可分为：

1. 单维（轴）力传感器： 只能检测单一方向上的力或力矩，例如只能测量向下的压力。

2. 多维（轴）力传感器： 能够同时测量多个方向上的力和力矩分量。

3. 六维力/力矩传感器： 这是最先进、最全面的形式，能够同时测量三个力分量（X、Y、Z 轴上的力和力矩）和三个力矩分量（绕 X、Y、Z 轴的力矩）。

相比于单维力传感器，多维力传感器的技术壁垒显著提高：

• 维度敏感性与一致性： 需要解决对所测力分量的敏感性问题，并确保测量的一致性。

• 维间（轴间）干扰： 结构加工和工艺误差可能导致不同维度间的测量互相干扰，需要复杂的设计和算法来消除。

• 动静态标定： 无论是静态受力还是动态变化，都需要精准的标定，这本身就是一项复杂的技术挑战。

• 解耦算法与电路实现： 在矢量运算中，实现不同力矩和力的相互解耦，并转化为精确的电路信号，需要精密的算法和电路设计。

六维力矩传感器的技术类型与市场格局

目前，市场上的六维力/力矩传感器主要有三种基本类型：

• 应变片式： 这是当前市场应用最广泛的类型。通过在弹性体上粘贴应变片，当受力时，弹性体变形，应变片阻值变化，进而转化为电信号。

• 光学式： 利用光学原理进行测量，通常具有高精度和良好的抗干扰能力。

• 压电/电容式： 利用压电效应或电容变化来感应力，各有其特定的应用优势。

人形机器人的“标准配置”与降本增效的希望

 人形机器人，尤其是其灵活的手腕，是六维力传感器的关键应用场景。 目前，一个人形机器人通常会配备4个六维力传感器。这使得它们能够精确感知接触力、抓取力度、以及与环境的交互情况，从而实现更精细的操作和更稳定的运动。

 然而，高昂的成本是制约六维力传感器大规模普及的瓶颈。 目前，单个六维力传感器的价格普遍在2万元以上，这极大地推高了人形机器人的应用成本。

 降本空间巨大： 市场对六维力传感器的降本需求非常迫切。国内厂商正积极推动全自动化生产工艺的实现，通过高产量来摊薄单位成本。未来，随着年产能达到十万甚至百万台的级别，六维力传感器的售价有望下降一个数量级，这将为人形机器人的大规模商业化 Breakthrough（突破）。

中国六维力传感器市场：高速增长与技术追赶

 中国六维力/力矩传感器市场正迎来高速增长的机遇。 根据高工机器人产业研究所（GGII）的数据，2022年中国市场六维力/力矩传感器的销量和销售额均实现了显著增长，其中机器人行业成为最大的增长引擎，销量和销售额增长均超过60%和50%。

 展望未来，到2027年，中国市场六维力/力矩传感器的销量有望突破84000套，销售额达到15亿元，复合增长率均超过45%。其中，机器人行业将占据举足轻重的地位，销量有望突破42000套，成为市场增长的核心驱动力。

国产与海外的差距与发展机遇

 尽管国内市场增长势头强劲，但国产六维力/矩传感器在灵敏度、串扰、抗过载能力以及维间耦合误差等方面，与海外领先产品仍存在一定的技术差距。

 然而，挑战与机遇并存。 国内部分企业已经成功推出了相关产品，并开始进入产业化应用阶段，部分型号也已进入下游用户的验证测试。这意味着，中国在六维力传感器的研发和生产上正加速追赶。

 未来展望： 随着技术壁垒的不断攻克和生产成本的有效控制，六维力传感器有望成为人形机器人感知能力的核心，并为机器人行业带来新的发展和应用突破。 降本和技术升级将是国产厂商抓住市场机遇的关键。