（报告出品方/作者：中泰证券，冯胜、曹森元）

力、触觉、惯性传感器是人形 机器人感知层的关键部件

传感器是人形机器人感知层的关键

人形机器人的具身智能更重视感知层和交互层。人形机器人强调具身智能，即能够感知并理解周边环境， 通过自主学习完成任务的智能体。传感器及软件是具身智能的关键，感知层和认知层是机器人向具身智能机 器人迈进的门槛，机器视觉和多态语言大模型的快速迭代有望大幅提升机器人的感知能力和认知能力。传感 器是“感知”的核心，其质量和技术水平将直接影响到机器人的性能和稳定性。机器人传感器可以根据检测 对象的不同，分为内部传感器和外部传感器。部传感器用来感知机器人自身的状态，如速度、位置等；外部 传感器用来感知机器人周边环境情况，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、压力、温度、湿度、距离等。

特斯拉人形机器人上传感器的成本占比接近30%。在一个机器人中，传感器的用量是巨大的，除摄像头 （图像传感器）、雷达（激光、毫米波、超声波）、六维力矩传感器、编码器、触觉传感器外，还有位置、 速度、加速度、平衡、力觉、触觉、视觉、听觉、接近觉、距离、嗅觉等等10多种传感器应用于人形机器人 中。由传感器专家网数据，特斯拉optimus机器人上各类传感器成本占比接近30%。

力、柔性触觉、惯性传感器壁垒高，价值量大，国内厂商蓄势待发

力矩传感器是机械臂感知力度的重要部件，应用前景广阔。按照测量维度，力矩传感器可分为一至六维力 矩传感器，人形机器人中，灵巧手或将使用微型压力传感器或微型六维力传感器，对柔顺控制要求高的手腕 和脚踝或将使用六维力矩传感器，而身体的其他关节将使用关节扭矩传感器。根据高工机器人的数据，以模 拟关节及肢体末端触感的力传感器为例，其在人形机器人成本中占比约为15%。六维力传感器研发和制造工 艺难度高，国内已具备量产能力，降本空间有望打开。

柔性触觉传感器有望进一步提升机器人感知能力。触觉传感器可以为机器人感知提供压力、温度、等信息， 进一步提升机器人的感知能力；而电子皮肤则是由点状的触觉传感器组合构成，多被排列成矩阵。由于电子 皮肤具备高柔韧性、拓展性、高弹性等特点，因此又称柔性触觉传感器。目前国内公司已具备柔性传感器的 生产能力，但由于加工工艺难、成本高等问题，尚无法批量化应用在机器人方案中。

惯性传感器有望成为机器人标配。惯性传感器又称惯性测量单元（IMU：Inertial Measurement Unit）在机 器人上可以与摄像头、力传感器等多传感器数据融合，以达到维持身体平衡，预测速度和轨迹并进行定位导 航等功能，在四足机器人、人形机器人上均有望标配。惯性传感器技术壁垒高，目前单个高精度IMU售价约 为几千元至万元，价值量较高，国内已有公司掌握核心技术并实现稳定量产。

MEMS市场处于高速增长过程中

全球MEMS市场CAGR平均在8-9%。跟据Yole Intelligence 数据，MEMS 的全球销售量从2018年的 201.68 亿颗增加至2021年的303.59亿颗，预计2027年将达到487.08亿颗，2021-2027 年CAGR达8.20%。 MEMS的全球市场规模从2018年的99.94亿美元增加至2021年的135.95亿美元，预计2027年将达到 222.53亿美元，2021-2027 年CAGR达8.56%。

国内MEMS市场增速高于全球平均增速。受益于工业物联网、智能制造、人工智能等战略的实施，加 之各级政府加速推动智慧城市建设、智能制造、智慧医疗发展，MEMS 市场海内外呈现高速增长趋势。 根据中商产业研究院整理；2018-2022 年中国MEMS行业市场规模CAGR为14.82%，近年增速仍在持续 提升，2022年中国MEMS市场规模达到1008亿元，同比增长20.29%，国内市场增速显著高于海外市场。

多维力传感器或是机器人精准 力控的最优解

机器人通过力控制系统获得“触觉”

力控制系统给予机器人以“触觉”。对应于人的触觉，机器人的触觉传感系统就是一种可以通过接触 来测量物体给定属性的装置或系统。一般来说，机器人的触觉感知与在预定区域内的力的测量有关。为 了改进机器人的应用效果，也应当为机器人配备先进的触觉感知系统，以使其能够感知周围环境，远离 潜在的破坏性影响，并为后续任务（如手部操作）提供有效信息。

以力传感器为核心的力/位控制是机器人主要控制方式之一。力控制一般泛指机器人应用领域中，利用 力传感器作为反馈装置，将力反馈信号与位置控制（或速度控制）输入信号相结合，通过相关的力/位混 合算法，实现的力/位混合控制技术。也称力/位混合控制技术，简称力控制。

力传感器是精准直接力控最佳解决方案

直接力控通过不同的力反馈方式实现，其中使用多维力矩/力传感器是最佳方案。 a. 电流环：通过电流反馈和辨识的动力学模型估计外力，适用于直驱电机或者带小减速比的应用场景，如 小型阻抗控制的人机交互的机械臂和小型四足等。对于大减速比的机器人，其关节back-drive的摩擦力巨大， 电机电流不足以精确估计末端执行器上收到的外力。优势是无需额外的传感器，缺点是受摩擦力影响导致 的力控精度差，适用场景有限。 b. 弹性体——抗外界冲击性能强: SEA（串联弹性驱动器）用弹性的形变和高精度的位置传感器来间接地测 量力距的大小，往往适用于人型机器人集成度较高和驱动器输出力矩要求较高的应用场合。 c. 力传感器：通过在机械臂末端加装一个力传感器来实现。相对于一维力传感器，六维力传感器的力控维 度更多，能够测量物体在三维空间内所有受力情况，可测量在任何方向、任何轴上的应用负载，并能承受 额定测量范围5到20倍的过载，精度甚至可达0.01N，相应的价格也更贵。典型应用案例包括KUKA LBR iiwa机械手等机械臂及特斯拉Optimus人形机器人。

六维力传感器结构分类 - 应变片为主，MEMS技术有望成为主流

应变片是电阻应变式多维力传感器的核心。应变片是由排列成栅状的高阻金属丝、高阻金属箔或半导体粘 贴在绝缘的基片上构成。应变片包括金属电阻应变片和半导体应变片（即硅应变片）。

金属/箔式电阻应变片目前应用更广。电阻变化是由尺寸变化(几何形状)引起的，类型包括丝式、箔式和金 属薄膜应变片，其中目前使用最广泛的是箔式应变片，它具有横向效应小，容许电流大，生产效率高等特点。 但此类应变片仍需人工打磨，耗时久，生产效率较低，成本较高。

硅应变片的综合性能更优异。在半导体材料中，压阻效应比金属应变片要显著约50倍，硅应变率系数高达 几十至一百（金属应变片为2~3）。经过对稳定性、刚度、动态特性、成本与信噪比五个维度的比较，硅应 变片的稳定性、信噪比、动态特性要好于金属应变片，刚度上两者差异不大，成本上金属略优，但近年来硅 应变片的工艺有了提升和改进，综合成本也在大幅降低。

柔性触觉传感器有望进一步升 级机器人感知能力

柔性触觉传感器：助力机器人感知能力再上一层楼

“电子皮肤”的应用有望赋予机器人更丰富的触觉，进一步升级其感知能力。人体皮肤中分布着众多由 不同类型的神经元组成的感受器，其中默克尔细胞和鲁菲尼小体主要感受持续的低频压力，二触觉传感器正 是对人体这两个触感受器的模仿。触觉传感器的原理是将触觉刺激转换为电信号，为机器人感知提供压力、 温度、等信息；而电子皮肤则是由点状的触觉传感器组合构成，多被排列成矩阵。同时，由于电子皮肤由柔 性材料制备而成，具备高柔韧性、拓展性、高弹性等特点，因此又称柔性触觉传感器。

需求端：消费电子、医疗领域需求驱动柔性传感器市场规模快速增长

全球柔性传感器市场空间有望超500亿元。据汉威科技微信公众号的数据，根据相关机构统计，2021-2028 年全球柔性传感器市场CAGR达6.8%，预计 2028 年市场空间可达84.7 亿美元。其中柔性电子领域有望成为 其中最大的需求增量，据弗若斯特沙利文预测，2019-2025 年全球柔性电子市场CAGR有望达到144.71%， 2025 年市场规模可达3049.4 亿美元。

中国柔性传感器市场规模呈现快速增长的趋势。2017年我国柔性传感器市场规模约为7亿元，2022年中国 柔性传感器行业市场规模为21.12亿元，2017-2022年CAGR超过23%。其中，市场主要分布在华北、中南、 华东地区，2022年占比分别为19.84%、34.66%、27.79%。2022年国内柔性传感器需求量同比增长16.2%， 产量同比增长26.9%，

供给端：柔性传感器产业加速，国内企业逐步跟进

加工技术升级，柔性传感器的发展日趋成熟。基于MEMS的硅压阻式传感器具有高精度和微小体积的特 点，近年柔性衬底的MEMS传感器有了较大突破，柔性衬底具备较好的挠曲性、耐冲击性和机械性能。同时， 聚合物微加工技术、电子印刷工艺、3D打印技术的发展颠覆了传统设计和制造方式，可以把特定导电材料注 入高分子材料中，为柔性传感器制造提出了新的方案。

国内电子皮肤产业逐步跟进。电子皮肤在全球的发展尚处于早期阶段，但整体看传感器行业海外公司呈 引领之势。Novasentis、Tekscan、JDI等海外企业市占率仍然居于前位，根据QY Research数据，全球前八 大柔性触觉传感器企业2022年占据57.1%的市场份额，市场集中度较高；国内企业中，汉威科技子公司能斯 达在柔性压电传感器领域掌握自主知识产权，柔性微纳传感器目前已在智能机器人领域有明确的应用。另外， 帕西尼感知在触觉传感器领域耕耘较深，其研发的多维度触觉传感器PX-6AX的柔性传感阵列能额外为机器人 提供滑动、摩擦、纹理、温度等额外信息。

惯性传感器助力机器人实现姿 态控制、导航定位

何为惯性传感器和IMU？

MEMS 加速度计通常由质量块、阻尼器、弹性元件、电容极板（适用于电容式加速度计）和ASIC芯片 （专用集成电路芯片）等部分组成。根据测量维度的不同，加速度计分为单轴、二轴、三轴三种类型。相 比单轴、二轴加速度计仅能检测平面的运动状态改变，三轴加速度计可以实现单一产品测量三维空间的加 速度，从而满足微型化及更多领域的应用需求。

分类：根据感测原理，MEMS 加速度计可分为压阻式、电容式以及热式等多种类型。由于电容式MEMS 加速度计具有高灵敏度、高精度、低温度敏感的特点， 其在市场中占据主导地位。

工作原理：电容式MEMS加速度计是将质量块和可动极板一体制造成梳状结构，并与固定极板形成距离 可变的平行电容板结构。当被测量物体运动状态变化带动芯片内质量块移动时，会带动可动极板移动， 使得可动极板和固定极板间的距离改变，导致两极板间电容值随之改变。此时，ASIC芯片再将电容值的 变化转化成电学信号，运算得到加速度物理量。

IMU在人形机器人中扮演什么角色？

IMU在人形机器人中发挥的作用主要体现在精确的姿态控制和平衡维持、导航和定位、动作执行和路径规划3 个方面，具体看其应用方向在于惯性导航和测量稳控。 姿态控制和平衡：惯性稳控是通过连续监测系统姿态与位置变化，利用伺服机构动态调整系统姿态，帮助机 器人维持稳定的姿态和平衡。人形机器人在执行各种动作中，需要精确地控制机体姿态和平衡。 导航和定位：通过对角速率和线加速度按时间积分以及叠加运算，可以动态确定自身位置变化，其优势在于 不借助外源信息，可以独立使用。同时IMU可以与卫星定位结合，提供准确的室内和室外定位信息，人形机 器人在复杂环境中导航和定位的能力大大提升。 动作执行和路径规划：基于IMU的测量数据，人形机器人可以更精确地执行各种动作，如行走、转弯、跳跃 等。此外，IMU数据还可以用于路径规划，帮助机器人避开障碍物，规划出更合理的运动轨迹。

重点公司分析

柯力传感：应变式传感器领军企业，市占率蝉联国内第一

柯力传感成立于1995年，是智能传感器行业领军企业，主要研制和生产各类型物理量传感 器，以及不同工业物联网系统及多场景应用解决方案。公司从力学起步融合多物理技术发展多 品种传感，展开多维度产业布局和经营。目前公司已是全球大型钢制传感器制造企业和工业物 联网应用拓展引领者之一。

主要产品包括应变式传感器，微型、扭矩、多维力等高端力学传感器，在国内力学传感器市 占率第一。重点跟进和储备了一批光电传感器、温湿度传感器、高端力学传感器，加快从单一 物理量传感器企业向多物理量传感器融合的平台型企业的转型发展。已经进行了多款扭矩传感 器、多维力传感器等产品的送样和试制（人形机器人领域）。产品种类齐全，具有精度高，稳 定性好等特点。

中航电测：建立应变计生产线的首家国防企业

中航电测成立于2002年，是一家以提供军民用智能测量和控制产品及系统解决方案为主的 企业。依靠自主研发的应变计技术,通过生产线网络化测试及管理， 采用世界领先的灵敏度高低 温检测及控制手段，实现了传感器的逐个补偿和调校，在国内中高端应变计和传感器市场占据 主导地位，产品销往北美、欧洲等世界各地。重点服务于航空、航天、兵器、船舶、核工业等 防务市场，以及高校、科研院所、电力、高铁等民用行业。

主要产品是电阻应变计，应变式传感器，汽车综合性能检测设备。自主研发出十几种具有自 主知识产权的高精度称重、测力传感器，确立了在国内称重、测力传感器制造及研发领域内的 领先地位。

芯动联科：国内高精度MEMS传感器生产商

公司于2015年研制出第一代MEMS陀螺仪，2019年实现第三代量产，并以此为基础拓展MEMS传感器领 域，主要下游为高端工业、无人系统和高可靠领域。目前公司生产的惯性传感器的核心参数已经达到国际先 进水平，可以与霍尼韦尔、ADI等海外品牌产品进行竞争，并且公司部分产品具有价格优势。2020-2022年， 公司综合毛利率维持85%以上，净利润率维持45%-55%，亦侧面证明公司产品在市场上具有较强竞争力。

公司持续大力研发投入，核心技术人员结构稳定。公司研发支出持续占整体收入20%以上，2022年研发人 员数量占公司总人数50%以上，具备研发型公司的特征。公司核心人员具备半导体、芯片设计领域丰富工作 经验，并持有公司股权，人员结构较为稳定。

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精选报告来源：【未来智库】。「链接」