一、传感器：机器人核心部件，全面赋能感知能力升级

传感器发展由来已久，智能传感器逐步成为主流

传感器：是指感受被测量并按一定规律转换成可输出信号的装置，主要由敏感元件、转换元件、转换电路几部分组成。敏感元件可以直接感受外部环境刺激，转换元件则将敏感元件感受的信息转换成适用于传输或测量的电信号。

从发展历程来看，可以将传感器发展进程划分为三个阶段，（1）1950年-1969年，主要为结构性传感器；（2）上世纪70年代以来，固体传感器逐渐发展；（3）2000年至今，随着随着与CMOS技术兼容的MEMS技术不断成熟，集成电路工艺完善，传感器实现微型化、集成化、智能化，智能传感器开始快速发展。智能传感器可以完成采集、交换、处理信息，此外，相对于传统的传感器智能传感器对于信息的采集精度更高，同时其成本较低，具备编程自动化能力。

人形机器人逐步落地，对于传感器要求更高，未来有望持续发展

传感器在机器人中必不可少，人形机器人为传感器带来发展更高要求数据来源：Yole，GGII，长城证券产业金融研究院在机器人领域，传感器主要为机器人提供三方面的支持：

（1）自助导航，通过传感器，机器人可实现机器人对于前进路线的规划，感知目前所处的环境位置；

（2）传感器可使机器人在行进过程中，行进路线上障碍物的识别与规避，以确保运行安全；

（3）在抓取行动中，传感器可以实现对物体的形状、大小、位置等信息的把控，引导机器人精准抓取以及使用物体。

总体而言，传感器为机器人提供综合外部以及内部的感知能力，在外部对于触觉、视觉、听觉等感知实现与环境交互，在内部能够实现机器人对自身状态的感知。

二、力/力矩传感器

力传感器是人形机器人力控的关键部件

力传感器可以将力的量值转换为相关电信号的器件，力传感器可以检测张力、压力、重量、扭矩、应变和内应力等机械量。力控是指利用力传感器作为反馈装置，将力反馈信号与位置控制输入信号相结合，通过相关算法并实现控制。与传统的位置控制相比，力控具备适应性和灵活性的特点，传统的位置控制下，机器人会按照预先设定位置移动，路径中的障碍物会导致机器人位置追踪误差加大，力控则将有效解决这一问题，提升机器人的安全性。

此力控更加柔顺，根据外部环境实施调整机器人动作，鲁棒性进一步提升。此外，力控可结合机器学习算法，是机器人实现更高级的自身控制。力控属于更加柔顺的控制，可以实现实时不断调整力的大小，从而适应更多场景，是未来机器人发展的关键所在。

六维力传感器存在四大技术壁垒

➢ 结构耦合设计：六维力传感器需要尽可能减少不同维度间的耦合，只靠结构解耦的六维力传感器结构过于复杂，在加工和装配过程中精度较难控制，难以推广使用。

➢ 六维联合加载标定研发：六维力传感器需要综合考虑六个维度进行标定，六维联合加载标定才可以实现0.5%FS准度。六维联合加载设备目前一般由六维力传感器厂商进行自研，对厂商技术水平要求较高，国内厂商仍需发力打破技术壁垒。

➢ 动态性能算法优化：快速时变信号是传感器需要测量的关键力信息，动态性能低的传感器难以实现对该类力信息的有效测量，动态算法仍需优化。

➢ 耦合误差无法完全避免：受限于工艺、结构等因素，六维力传感器各维度之间不可避免的会产生耦合误差，需要解耦算法进行解耦以消除不同维度之间的互相干扰，目前解耦算法没有统一的标准或方法，需要根据情况和具体的传感器进行优化。

三、MEMS传感器

MEMS传感器：MEMS的全称是微型电子机械系统(Micro Electromechanical System)，利用半导体制造工艺和材料，将传感器、执行器、机械机构、信号处理和控制电路等集成于一体的微型器件或系统。MEMS传感器可以将输入的信号转换成可检测的输出信号，与传统传感器相比，MEMS传感器体积小、重量轻、成本相对较低适合批量化生产。MEMS传感器由MEMS芯片和ASIC芯片组成，MEMS芯片负责将外界的物理、化学信号转换成电信号，ASIC芯片又被称为应用型专业集成电路，适用于特定需求。

➢ MEMS执行器：MEMS执行器通常只完成单一动作，结构较为简单，但对于材料制备，以及加工工艺的一致性要求较高，如MEMS 射频滤波器等，MEMS 执行器无需或只需要简单的驱动电路，系统相对简单。

MEMS传感器产业链

MEMS 产业链一般可分为四个环节：芯片设计、晶圆制造、封装测试以及系统应用。MEMS行业主要有Fabless和IDM两种经营模式。采用Fabless模式的MEMS企业主要负责MEMS产品的设计与销售，将生产、封装、测试等环节外包。采用IDM模式的国际企业，如博世、意法半导体、亚德诺半导体、霍尼韦尔等，经营范围覆盖了芯片设计、晶圆制造和封装测试等各环节。

惯性传感器为MEMS传感器重要部分，人形机器人姿态控制核心

➢ 惯性传感器是一种用于测量物体的加速度、角速度和倾斜角度等参数的电子传感器。MEMS惯性传感器主要包括陀螺仪、加速度计、以及惯性测量单元（IMU）。

➢ MEMS加速度计：研究最早，最为成熟，可以分为电容式、压电式、压阻式等，其中电容式最为成熟应用最广泛，可以用于消费电子、工业自动化等下游领域。

➢ MEMS陀螺仪：目前振动型陀螺仪应用最广泛，可以分为线振动型陀螺和谐振环型陀螺，陀螺仪的主要优点在于结构小、制造工艺优化、整体性能更好。

➢ IMU： IMU按实现途径分为组装式和单片式两类。主要的厂家包括博世、TDK等。

➢ MEMS 惯性传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计、惯性传感组合，2021年上述四类产品市场规模合计35.09亿美元，占比25.81%，是MEMS行业中的主要产品类型。

IMU：人形机器人姿态控制核心

➢ IMU（Inertial Measurement Unit），即惯性测量单元，是测量物体三轴姿态角（或角速率）及加速度的装置。一个IMU通常包含三个轴向的陀螺仪和三个轴向的加速度计，以测量物体在三维空间中的角速率和加速度。

➢ 具体而言，IMU 可以通过采集角速度、加速度等惯性信息，推算机器人的实时运动状态以及运动轨迹等，同时与其他传感器相配合，实现数据类型和数据空间效率的互补，目前IMU在机器人领域应用场景主要有：惯性导航、惯性测量、惯性稳控。

➢ 目前多家机器人产品都采取了IMU与其他传感器配合的方式进行感知，例如优必选机器人搭载了高精度惯导传感器，小米Cyberdog也配备有惯性测量单元，与其他传感器配合使用，实现实时定位与地图构建。

相关标的：

汉威科技、柯力传感、敏芯股份、芯动联科、华测导航、八方股份、东华测试、瀚川智能、康斯特、华培动力、奥比中光、昊志机电、华依科技、中航电测等。

此为报告精编节选，报告PDF原文：

《机械设备-机器人系列报告一：传感器：全面赋能感知，有望受益于机器人带动持续发展-长城证券[侯宾,姚久花]-20240305【53页】》

报告来源：【价值目录】