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证券研究报告行业报告|
行业专题研究2023年12月30日机械设备人形机器人传感器专题:柔性控制新蓝海摘要1)人形机器人提出更高力控要求人形机器人提升传感器需求:在机器人核心零部件中,传感器作为机器人重要组成部分,是力控摆动、稳定控制的核心,可精准测量随机变化的力,价值量或仅次于关键模组。人形机器人对于传感器的需求增多,有望推动相关传感器行业扩容。柔顺控制为发展方向:从自动化到机器智能、人工智能迈进,需要将力/力矩的测量和引入控制系统,提高机器人对未知环境适应性和交互安全性,即柔顺控制;外力的感应可基于电流环、末端力传感器、关节力矩传感器、电子皮肤/柔性传感器。2)末端力传感器:六维力传感器感应精准,技术+量产有望推动降本六维力传感器性能最优,降本潜力较大:大部分六维力传感器基于应变片结构,具有精度高、范围广优势;目前六维力/力矩传感器市场基数较小,尚未形成明显规模效应,未来伴随多技术路线产品完善、产品价格下降及国产化率提升,有望进入高速成长期。人形机器人或将撬动市场快速扩容:目前受制于高技术壁垒,批量化产能依旧稀缺;根据MIR睿工业数据,我们测算当人形机器人出货量达到100万台时,对应末端六维力传感器市场规模约80亿元。3)触觉传感器:技术路线百花齐放国外厂商占据八成高端触觉传感器市场,空间广阔:触觉传感器行业技术壁垒较高,目前CR3占比约60%,美国传感器行”技术之一,市场需求对外依赖度超过90%。业竞争力较强。触觉传感器是我国重点攻艰的35项“卡多点阵列指尖触觉解决方案:将MEMS传感器阵列化并集成在柔性可延展衬底是实现柔性电子的重要途经,目前有部分机器人厂商和研究机构采用了多点阵压力传感器方案来实现人工指尖触觉感应,可高精度地执行多种抓取操作。4)电子皮肤:潜在市场广阔,机遇与挑战并存柔性电子皮肤:电子皮肤(E-skin)作为机器人外表面蒙皮可为机器人提供丰富的触觉信息,促进机器人控制领域及新一代人机交互领域的发展。高柔弹性、高灵敏度的电子皮肤触觉传感器使机器人更加灵活、纤细、智能、人性化。电子皮肤应用存在诸多挑战:高灵敏度、高柔性的电子皮肤制造工艺复杂、成本高和难以批量生产;目前,柔性电子皮肤的发展仍然受材料与结构限制,在测量精度上无法与传统成熟的金属及半导体传感器相比。风险提示:请务政必策阅推读动正效文应之不后达的信预息期披风露险和、免研责发申进明度不达预期风险、贸易摩擦风险、测算主观性风险。21人形机器人提出更高的力控要求31.1
传感器于人形机器人重要性显著提升◼传感器保证机器人灵敏度,推动智能化升级:传感器赋予机器人视、力、触、嗅、味等多种感知能力,不仅能从外部赋予机器人感知功能,还能用于检测机器人自身的内部工作状态,通过对各关节的位置、速度、温度、载荷、电压等信息进行探测和了解,有效保证和提升机器人自身动作准确性和灵敏度;更推动机器人智能化和信息化升级。◼•人形机器人传感器根据检测对象不同分为内部传感器和外部传感器:内部传感器:用来感知机器人的自身状态的传感器,比如位置、速度、加速度等;外部传感器:用来感受机器人周围环境、目标物的状态信息的传感器,比如视觉、触觉、听觉、嗅觉、温度、力度等。•4资料:传感器专家网公众号,思岚科技官网,天风证券研究所1.2
政策加持人形机器人,着重发力传感器等关键部件◼政策加持人形机器人,赋能发展传感器:工信部在23年9月份发布针对人形机器人的“揭榜挂帅”任务榜单,其中5项核心基础中,有3项关于传感器,分别强调力传感器、MEMS姿态传感器和触觉传感器等关键部件。力传感器面向人形机器人准确获取驱动关节和肢体末端触感力学信号的需求,突破稳定可靠的力传感器结构设计与制造、智能揭榜任务预期目标化信号处理与分析、多信息智能识别与模型分析等关键技术;研制系列化、高性能、低成本、智能化的新型力传感器;发展低成本、规模化的传感器生产制造方法,推动新型力传感器在人形机器人上的产业化应用。到2025年,完成人形机器人系列化力传感器的设计与制造,满足驱动关节、手指、足底等肢体末端力测量需要,并在人形机器人上开展实际应用。传感器采用低成本、高性能的设计,精度达到0.5%FS,响应时间优于0.03s,具有智能信息采集与处理能力,提升力传感器的智能化水平。触觉传感器围绕人形机器人灵巧手使用工具、操作设备、分拣物品、高精度装配等能力,在灵巧手掌内配置触觉传感器,以感知操作目标的位姿、硬度、肌理等特征,提高灵巧手的智能化操作能力。研发小体积、高可靠性、高稳定性的人形机器人手部触觉传感器,满足人形机器人灵巧手感知、操作、交互等需求,提升新型触觉传感器自主设计与研发水平,推动触觉传感器的产业化应用。揭榜任务预期目标到2025年,完成小体积高可靠性高稳定性的手部触觉传感器研制,实现指尖、指腹和掌面部位传感器阵列密度1mm×1mm(厚度≤0.3mm);力检测范围0.1N/cm2~240N/cm2(10g/cm2~24kg/cm2)±5%;最小检测力10g。MEMS姿态传感器面向人形机器人姿态控制对高性能、小型化姿态传感器的需求,突破传感器小型化结构设计、陀螺仪高精度加工工艺、智能响应姿态解算等关键技术;研制基于MEMS惯性器件的高性能姿态传感器;研究减小传感系统体积重量,降低功耗,提升传感器抗振动、抖动能力以及传输性能的方法;发展低成本、规模化传感器生产制造方法,推动新型MEMS姿态传感器在人形机器人上的产业化应用。揭榜任务预期目标到2025年,完成高性能、低成本的MEMS姿态传感器研制,具有较强的抗振动和抖动性能,俯仰角和横滚角静态精度为0.1°,零偏稳定性(1σ,10s平滑)不低于0.3°/h,MEMS姿态传感器具有强的鲁棒性和智能稳定算法。5资料:工信部、传感器专家网,天风证券研究所1.3
传感器系第二代Optimus最大边际变化◼特斯拉第二代Optimus人形机器人主要亮点:触觉传感器、力传感器以及更强大的平衡感知能力。第二代Optimus搭载由特斯拉设计的执行器与传感器、2自由度驱动颈部、响应更快的11自由度灵巧手、触觉传感器(十指)、执行器集成电子和线束、足部力/扭矩传感器、铰接式脚趾等。重量减轻10kg,平衡力及全身控制均得到提高,更聚焦运动与控制。◼•传感器系Optimus最大边际变化:第二代Optimus新增多项特斯拉自研传感器:足部:脚掌分为两个部分,通过增加足部力/力矩传感器,使得步行姿态更接近人类,且行走速度提升30%。手部:全新11自由度灵巧手,通过新增手指触觉传感器,可以实现两指捏起鸡蛋的精细操作。全身:90°深蹲动作需要调动全身多个环节参与,预计其搭载的IMU等惯性传感器及感知算法有大幅提升。••图:第二代optimus灵巧手图:第二代optimus足部图:第二代optimus全身控制6资料:财联社公众号,电子发烧友网公众号,传感器专家网,天风证券研究所1.4
人形机器人显著提升传感器需求◼◼◼人形机器人提升传感器需求:在机器人核心零部件中,传感器作为机器人重要组成部分,是力控摆动、稳定控制的核心,可精准测量随机变化的力,价值量或仅次于关键模组。人形机器人对于传感器的需求增多,力/力矩传感器方面,目前有微型压力传感器、拉压力传感器、关节扭力传感器、六维力传感器等,随着人形机器人逐步量产,有望推动传感器行业扩容。特斯拉人形机器人:根据AI
DAY2022披露信息,其第一代Optimus身体上共计28个自由度,每一个旋转关节需要1个力矩传感器,每一个直线关节需要1个拉压力传感器和1个位置传感器;根据第二代Optimus视频,新增多项特斯拉自研传感器(足部力/力矩传感器、手指触觉传感器)优必选人形机器人:根据官网示意图,单个机器人需要4个六维力/力矩传感器(手部及足部各2个),以及1个高精度惯导传感器。图:优必选机器人示意图图:鑫精诚传感器机器人应用领域7资料:传感器专家网公众号,鑫精诚官网,优必选官网,天风证券研究所1.5
人形机器人市场空间广阔,智能服务机器人加速渗透◼全球智能服务机器人加速渗透:随着机器人价格不断下降及解决方案应用场景愈加广泛,下游客户接受意愿逐步提升,加速全球智能服务机器人产品及解决方案的快速渗透。根据弗若斯特沙利文资料,全球智能服务机器人产品及解决方案市场预计2028年达到628亿美元,2022-2028年期间CAGR≈17.8%◼中国智能服务机器人渗透率有望提升:目前中国智能服务机器人产品及解决方案渗透率仍然偏低,预计前沿人工智能技术将于未来数年大幅影响中国智能机器人产品及解决方案市场发展。根据弗若斯特沙利文资料,中国智能服务机器人产品及解决方案市场预计2028年达到1832亿元,2022-2028年期间CAGR≈23.5%图:全球智能服务机器人产品及解决方案市场规模(十亿美元)图:中国智能服务机器人产品及解决方案市场规模(十亿元)70605040200180160140120125.857.448.4106.410080604020042.813302010037.311.68831.610.270.237.526.38.954.631.121.67.640.525.51716.1631.213.1529.21121.611.8
13.650.5814.416.543.510.19.26.517.5
20.43.44.32018
2019
2020
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2022
2023E2024E2025E2026E2027E2028E智能个人/家庭服务机器人
智能专业服务机器人2018
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2023E2024E2025E2026E2027E2028E智能个人/家庭服务机器人
智能专业服务机器人8资料:弗若斯特沙利文,国际机器人联合会,优必选招股说明书,天风证券研究所1.6
人形机器人对力控提出更高要求:柔性控制+智能感应◼◼力感应器历史悠久应用广泛,柔顺控制为发展方向传统工业机器人控制通过伺服系统发送位置指令,即位置控制来实现,机械臂沿着事先规划好的轨迹在封闭、确认的空间中运动,在简单工业场景中的效率和精度很高。而在智能工厂中,机器人的作业环境日益非结构化,作业工序趋于柔性化,要求逐步提高。◼从自动化到机器智能、人工智能迈进,需要将力/力矩作为闭环反馈量引入控制,提高机器人对未知环境的适应性和与人交互的安全性,即柔顺控制。柔顺控制可分为被动柔顺和主动柔顺。被动柔顺通过在传统机械臂末端安装机械弹性结构利用机械臂的弹性来实现;主动柔顺通过加入力传感器反馈力度信息,采用一定控制策略主动控制作用力,可分为直接力控与间接力控。间接力控通过控制力和位置的相对关系实现,直接力控则直接精确控制压力大小,外力的感应可基于电流环、末端力传感器、关节力矩传感器、电子皮肤/柔性传感器。图:机器人传统控制与柔顺控制对比图:柔顺控制技术分类与应用场景搬
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缝柔顺控制械
针臂为一颗葡制萄9资料:智星崛起公众号,天风证券研究所1.6
人形机器人对力控提出更高要求:柔性控制+智能感应◼
力控环节关注四种实现力感应技术路线的可替代性与可实现性••电流环方案:电流环感应力觉基于电流反馈和辨识的动力学模型,无需加装传感器,但精度较低,仅有10N;末端力传感器方案:末端力传感器感应力觉主要通过在机械臂末端加装如一维力、六维力等传感器实现,其优点在于精度较高,如一维力传感器精度可达0.1N,六维可达到0.01N,但目前价格昂贵,一维力传感器价格上千,而最便宜的六维力传感器也需要2-3万元;••关节力矩传感器方案:关节力矩传感器需要安装在关节之中,精度、价格在电流环方案与末端力传感器方案之间;电子皮肤/柔性传感方案:即通过给机器人添加电子皮肤实现对力觉的感应与控制。例如在灵巧机械手的驱动控制方面,电子皮肤可以感知抓取过程的握力。柔性传感器在传统消费电子产品中有一定应用,但与灵巧手仍有差距,仍处于研发之中。图:力觉感应不同技术路线对比力觉感应方式描述优点缺点电流环通过电流反馈和辨识的动力学模型估计外力机械臂末端加装力传感器无需加装传感器精度低,只有10N精度高,一维可达0.1N,六维可达0.01N价格高,一维价格上千,末端力传感器六维为2万以上关节力矩传感器机械臂关节处加装力矩传感器精度可达0.5~0.1N,价格在电流环与末端力传感器之间电子皮肤/柔性传感肢体外层添加电子皮肤/柔性传感器可实现灵巧和敏锐触觉,消费电子有初步应用,但仍处于研发中10资料:财联社早知道、智星崛起公众号,天风证券研究所2力/力矩传感器112.1
末端力传感器:六维力传感器感应精准,技术+量产有望推动降本◼◼六维力传感器性能最优,关注硅应变片+压电传感按照测量维度分类,力传感器可分为一维和多维。一维力传感器仅检测一个方向的作用力,价格多为数百元,广泛应用于工业场景;多维力传感器能够测量多个维度的力,常见的是三维和六维。六维力传感器能够同时测量XYZ轴向力和环绕轴的力矩,内部算法可以解耦各个方向的力和力矩的干扰,给出最全面的力觉信息,技术壁垒高、应用难度大。••一维力传感器:标定坐标轴为OZ轴,被测量力F的方向与OZ完全重合时即可完成任务,代表产品为称重传感器、压力传感器;三维力传感器:如果力F的作用点与传感器的标定参考点O保持重合,力F的方向在三维空间中随机变化,三维力传感器即可完成测量任务,同时测量Fx、Fy、Fz三个分力。当力的作用点远离传感器时,传感器要同时承受力的分量和弯矩的作用偏差较大。•六维力传感器:空间中任意方向的力F,作用点P不与传感器标定参考点重合且随机变化,这种情况下需选用六维力传感器,同时测量Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz六个分量,适用于参考点距离较远、随机变化的场景,且测量精度要求高。图:一维传感器作用示意图图:三维传感器作用示意图图:六维传感器作用示意图传感器传感器传感器OXYZ-传感器的标定坐标系OXYZ-传感器的标定坐标系O-传感器标定参考点OXYZ-传感器的标定坐标系O-传感器标定参考点OZ-传感器的标定轴线O-传感器标定参考点P
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力作用点OZ-传感器的标定轴线12资料:坤维科技公众号,高工机器人公众号,天风证券研究所2.1
末端力传感器:六维力传感器感应精准,技术+量产有望推动降本表:不同技术类型传感器综合比较◼◼六维力传感器性能最优,关注硅应变片+压电传感技术类型稳定性刚度动态特性信噪比成本按照测量原理/信号采集原理分类,应用较久的是电阻应变式、电容式、压电式,随着检测传感技术的发展,光电式、电感式、气压式、电磁式等检测方法也有应用,不同技术各有优缺。应变式—硅应变片式—金属箔式很高中很高很高中很高中低中中低中低◼
大部分六维力传感器基于应变片结构:硅应变片式性能表现好于金属应变片,但成本较高,近年来硅应变片工艺有所改进,成本有望降低;压电式动态特性较好,但更多用于少于六维力传感器上,六维力传感器上的应用有望增加。电容式光学式压电式中低中低中低低中低中低低中中低中很高很高很高表:不同检测方法的优缺点检测方法方法描述优点缺点存在非线性误差、信号输出微弱电阻应变式力作用
→
电阻变化量精度高、技术成熟、范围广、频响特性好灵敏度高、分辨率高、频率范围宽、结构简单、适用性强存在电荷泄露,静态力测量困难、分辨率不高电容式压电式力作用
→
电容变化量动态响应好、精准性好、分辨率高、结构紧凑、尺寸小、刚度强基于压电效应,力作用
→电荷量变化调理电路复杂、寄生电容影响大电磁式光电式电感式基于霍尔效应,力作用
→磁通量变化基于光电效应,力作用
→光学量变化力作用
→
电感量变化动态量测范围大、功耗小、简单可靠可靠性高、测量范围广、动态响应好灵敏度高、分辨率高、线性度好、重复性高非线性误差大、互换性差、分辨率不高价格昂贵、测试环境要求高不适用于动态测量、可靠性不高13资料:《机器人多维力传感器》梁桥康等,Leaderobot公众号,天风证券研究所2.1
末端力传感器:六维力传感器感应精准,技术+量产有望推动降本◼◼应变式六维力传感器结构核心是应变片多维力传感器主要由力敏元器件、信号采集电路、信号调理电路、多维信号解耦系统(硬件/软件)、上位机或嵌入式系统信息处理软件等构成。力敏元件的性能直接决定多维力传感器的灵敏度、量程、分辨率、刚性等性能指标。以ATI应变式六维力传感器为例,其内部拥有三根梁,每个梁上有四个硅应变片,成对工作构成半桥电路。◼就爱采购、京东等在线平台产品及MIR睿工业公众号的数据,进口的ATI六维力传感器价格在8万元左右,外资产品单个均价约为4万元;国产六维力传感器价格在6000-40000元之间,均价在2万元以上。国外品牌HBM应变片价格在800-3000元左右。按ATI六维力传感器使用12个应变片计算,应变片成本将达到0.96-3.6万元。据MIR睿工业调研数据,国产六维力传感器成本仅有数千元,利润率较高,两年内单个产品价格有望降至5000元左右。图:应变片将形变变为电信号图:应变片内部结构图:ATI六维力传感器内部结构14资料:HBM测试与测量、ATI工业自动化公众号,天风证券研究所2.1
末端力传感器:六维力传感器感应精准,技术+量产有望推动降本◼◼应变式六维力传感器结构核心是应变片,技术核心在于采集+算法力传感器机械本体结构较复杂,很难用经典力学知识建立精确理论模型;维间耦合、非线性耦合等增加了解耦和精度的难度;工艺方面,应变片对粘贴精度要求高且容易损坏,结构和加工误差可能加剧维间耦合现象,且生产工艺中手工操作流程多,人为因素对品质影响较大。六维力传感器形态多、研发难度大,并非多个一维力传感器和扭矩传感器结构的简单叠加,需要考虑非线性力学、多通道信号温漂、蠕变、交叉干扰、数据实时处理、六维联合加载标定的复杂性。应变式传感器是依赖于制造工艺的。◼高精度力传感器壁垒来自于多方面,设计端的应变片材料及设计、传感器结构设计,工艺端粘贴、加工精度,应用端的校准标定,算法端的解耦计算,均需熟练掌握相关know-how。表:蓝点触控六维力传感器及力控解决方案表:应变式传感器生产制造工艺工艺层次工艺内容支持工艺
弹性元件毛坯锻造加工、机械加工、热处理、表面处理电阻应变计及其胶粘剂、电路补偿与调整工艺用原材料及元基础工艺核心工艺特殊工艺器件、封装用防护与密封材料全生产流程,重点为电阻应变计粘贴与固化处理、组焊惠斯通电桥电路、电路补偿与调整、防护与密封能够提高传感器性能的反淬火法、冷热循环法、恒温时效法、振动时效工艺等15资料:MIR睿工业公众号,《称重传感器制造工艺机理及其发展趋势》刘九卿,天风证券研究所2.2
六维力传感器:机器人撬动市场空间,量产优质产能稀缺◼机器人领域系六维力/力矩传感器重要市场,人形机器人市场应用潜力较大:目前六维力/力矩传感器主要应用于工业机器人、协作机器人、手术机器人和康复机器人等,随着机器人力控技术发展及成本降低,六维力传感器将在人形机器人领域发挥及其重要的作用,未来市场潜力较大。应用领域市场规模(GGII预测口径)潜在客户发那科、安川、ABB、库卡、埃斯顿、伯朗特、工业机器人预计2026年中国销量达67万台以上图灵、埃夫特、华数机器人等遨博、节卡、艾利特、大族、珞石、越疆、中科新松、法奥、集萃等协作机器人血管介入机器人康复机器人预计中国六轴及以上协作机器人2026年出货将近6万台,市场规模接近60亿元中国市场规模预计从2022年的0.34亿元增长到2030年的58.24亿元,CAGR≈90.3%预计中国市场2023-2026年期间CAGR≈50%,2026年市场规模达79.5亿元预计2030年全球人形机器人渗透率有望达7%,市场规模超200亿美元博动医疗、润迈德医疗、爱博医疗、唯迈医疗、奥朋医疗、微创医疗、万思医疗、睿心医疗等傅利叶智能、、程天科技、卓道医疗、哈工天愈、迈步医疗、埃斯顿等优必选、小米、特斯拉、达阔科技、智元科技、傅利叶智能等人形机器人图:六维力传感器机器人领域应用场景图:六维力传感器行业应用持续扩展16资料:高工机器人公众号,天风证券研究所2.2
六维力传感器:机器人撬动市场空间,量产优质产能稀缺◼销量方面:2022年中国市场六维力/力矩传感器销量8360套,同比增长57.97%,其中机器人行业销量4840套,同比增长62.58%。GGII预计到2027年中国市场六维力力矩传感器销量有望突破84,000套,复合增长率超过60%,其中机器人行业销量有望突破42,000套;◼◼空间方面:2022年中国六维力/力矩传感器市场规模2.39亿元,同比增长52.04%,其中机器人行业六维力/力矩传感器市场规模1.56亿元,同比增长54.
35%。GGII预计,2027年中国六维力/力矩传感器市场规模将超过15亿元,复合增长率超过45%。市场规模有望高速成长:六维力测量技术属于平台型技术,目前主要应用于机器人、汽车、航空航天等领域。当前六维力/力矩传感器市场基数依然偏小,尚未形成明显规模效应;随着应用领域的拓展,六维力和力矩传感器有望进入高速成长期,期间或将伴随多技术路线产品矩阵的完善、产品价格的下降以及国产化率的提升。图:2017-2027年中国六维力/力矩传感器市场销量及预测图:2017-2027年中国六维力/力矩传感器市场规模及预测10000090000800007000060000500004000030000200001000001816141210864202017201920212023E2025E2027E2017
2018
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2023E2024E2025E2026E2027E机器人行业销量(套)非机器人行业销量(套)机器人行业规模(亿元)非机器人行业规模(亿元)17资料:高工机器人公众号,天风证券研究所2.2
六维力传感器:机器人撬动市场空间,量产优质产能稀缺◼◼批量化产能稀缺:尽管受益于机器人市场需求增加,中国六维力矩传感器供应商逐年增加,但受制于高技术壁垒,真正具备批量化产品供应能力的厂商依旧较少。根据2022年销量口径划分,ATI、宇立科技、坤维科技、鑫精诚位于第一梯队,但各家厂商下游应用侧重点各有特色:ATI作为全球龙头,积累丰富,应用面相对较广;宇立在工业机器人磨抛行业和汽车碰撞测试行业应用更多;坤维科技在协作机器人、医疗手术机器人和康复机器人领域具备明显优势,同时其产品在航空航天领域具备行业核心竞争力,鑫精诚凭借苹果供应商的身份已将其产品推入到3C行业,同时在机器人行业和医疗行业也有布局。图:全球六维力/力矩传感器主流厂商图:2022年中国协作机器人六维力/力矩传感器市场竞争格局(销量)坤维科技ATI蓝点触控宇立鑫精诚其他18资料:高工机器人公众号,天风证券研究所2.2
六维力传感器:机器人撬动市场空间,量产优质产能稀缺企业总部准度(%FS)公司简介成立于2018年,是一家致力于提供高精度力觉传感器(六轴力传感器)及力控解决方案的企业。公司主营智能力觉传感器的研发、制造、销售、及技术准广,开发面向机器人及其他智能装备行业的力觉传感器产品,为机器人及其它智能装备、工业过程监控、产品质量检测、科研测试测量等领域提供力觉测量解决方案及相关产品。坤维科技中国0.5%深圳市鑫精诚科技有限公司成立于2009年,公司专注于微型压力、称重、多轴力、扭力等多样化的智能传感器及控制仪表的工业级产品研发和创新。为3C自动化设备、精密医疗、农业、新能源鲤电、机器人、半导体、航空铁路等领域提供力控系统解决方案与技术合作。鑫精诚传感器宇立仪器蓝点触控海伯森中国中国中国中国1%-3%1%-5%1%-2%1%-2%是一家集生产、研发于一体的技术密集型企业,是原美国FTSS(现Humanetics
ATD)总工黄约博士于2007年创立,公司在多轴力传感器设计领域积累了20余年经验,在汽车和工业机器人领域具有较强的竞争优势。蓝点触控成立于2019年,是一家专业从事高精度、高性能力传感器以及力控产品研发和生产的高新技术企业。公司在多维力传感器、关节扭矩传感器、机器人力控技术等方面拥有深厚的经验积累和技术优势,现已形成了六维力传感器、关节扭矩传感器、力控应用软件包等多个产品系列。成立于2015年,公司始终专注工业传感技术的创新,并在光学精密测量、工业2D/3D检测、机器人智能应用等领域形成了成熟的产品矩阵,主营产品包括3D闪测传感器、3D线光谱共焦传感器、点光谱共焦位移传感器、超高速工业相机和六维力传感器等。世界领先的多维力传感器制造商,致力于开发最先进的产品和解决方案,在世界各地得到了成千上万的成功应用。公司主营业务包括机器人快速转换装置及力传感器。ATI美国德国0.5%-2%2%创建于1945年,主营产品包括精密夹具和自动化抓取系统、传感器等。公司的产品主要应用于机械SCHUNKRobotiqOnRobot和自动化领域。Robotiq公司成立于2008年,总部位于加拿大魁北克,主营产品包括机器人末端夹具、力矩传感器、加拿大丹麦3%机器人相机套件等。是一家全球性公司,由丹麦OnRobot、匈牙利OptoForce和美国Perception
Robotics合并而成。3%主营产品包括机器人末端央具、力矩传感器、机器人相机套件等。Sintokogio日本日本1%-3%1%-3%成立于1934年,总部位于日本;五项主营业务,业务遍及全球,亚洲、北美和欧洲是其前三大市场。成立于2007年,总部位于日本,主营业务包括力传感器和MEMS传感器产品的开发、生产、销售。WACOH-TECH19资料:高工机器人公众号,天风证券研究所2.3
关节扭矩传感器:协作机器人大量应用,关节+末端方案值得重视◼◼扭矩传感器大量应用于协作机器人关节扭矩测量扭矩传感器可以将扭力的物理变化转换成精确的电信号,实现对旋转或非旋转机械部件上扭转力矩的检测,可分为动态和静态两大类。扭矩传感器适用于机器人关节扭矩测量,大量应用于协作机器人中高端机型。◼◼相较于末端安装六维力传感器,在机器人每个关节安装扭矩传感器同样可以解算出末端六维力。关节力矩方案具有理论力控制带宽高、整臂具备力感知、安全的优点,可以在有限信息反馈下实现扭矩的高解耦度输出。据MIR睿工业数据,2022年整个中国扭矩传感器市场大约在1.5万台左右,市场规模大约在5000万左右,主要以国产厂商为主,其中蓝点触控占据着领先地位,出货量超过70%。关节扭矩传感器均价在2000-4000元左右,随着市场快速放量和技术突破有望大幅度降价。图:2020-2029E中国市场关节力矩传感器出货量(台)图:2020-2029E中国市场关节力矩传感器市场规模(亿元)5000000400%350%300%250%200%150%100%50%70605040302010300%250%200%150%100%50%4000000300000020000001000000150000.5000%00%2020
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2029E出货量(台)YoY市场规模(亿元)YoY20资料:MIR睿工业公众号,天风证券研究所2.4
人形机器人:关注关节+末端方案,市场潜力空间广阔◼
人形机器人传感器方案:关节力矩传感器+末端六维力传感器➢
据MIR睿工业调研,业内普遍认为一台人形机器人至少需四个六维力传感器和数十个关节力矩传感器。我们计算了不同人形机器人出货量情况下对应的末端六维力+关节力矩传感器应用方案与市场规模,主要假设如下:◼
传感器数量:以Optimus为例,四肢末端需4个六维力传感器,身体部分共28个关节,包含14个旋转关节,最多需使用14个关节扭矩传感器;◼
传感器价格:当前末端六维力、关节扭矩传感器单价分别约20000、3500元,假设机器人百万台出货量时价格分别为2000、800元。表:人形机器人力/力矩传感器方案组合市场规模测算人形机器人数量(万台端力传感器单台末端六维力传感器数量(个)末端六维力传感器总数量(万个)末端六维力传感器单价(万元)末端六维力传感器市场规模(亿元)关节扭矩传感器4444444200.510400.416800.3242000.2404000.2802.08旋转关节数量(个)14141470141400.2535142800.1542147000.107014关节扭矩传感器数量(万个)单台关节扭矩传感器单价(万元)关节扭矩传感器市场规模(亿元)末端力+关节扭矩传感器14000.081120.3550.3021—4末端六维力+100%关节扭矩(亿元)—全关节扭矩传感器(亿元)—4末端六维力+50%关节扭矩(亿元)—2末端六维力+50%关节扭矩(亿元)1353121211651353426664245331107019211213696106755521资料:MIR睿工业公众号,电子发烧友网公众号,爱采购网,天风证券研究所3柔性传感器223.1
触觉是机器人的重要感知方式,柔性传感器市场空间广阔◼多维触觉是机器人重要的知觉形式,在诸多场景下发挥核心作用;1)多维触觉使机器人能够感知物体的硬度、粗糙度、形状等多维信息,使得机器人能够更加准确地感知和理解环境中的物体特征,是机器人实现精准操作物体和执行复杂任务的基础。2)确保机器人在复杂环境中(视觉系统失效)依然能够发挥作用,增强机器人在复杂环境下的可靠性。3)使机器人能够控制施加在物体上的力量,从而实现更加精细和智能的力控操作。◼压力检测是触觉感知的重要方面:触觉感知是机器人获取外界环境信息的重要途径,其中压力检测是触觉感知的重要方面。所谓“柔性”是指触觉传感器具有类似人类皮肤的物理特性,即具备一定的柔度可覆盖在载体表面测量受力信息,从而感知目标对象的特征信息。因此,柔性压力传感技术的发展对机器触觉感知领域至关重要。图:Freedom仿人触觉灵巧手对比图:机器人多类传感器和柔性电子皮肤无触觉力控情况有触觉力控情况23资料:上海硅步公众号,《Energy
autonomous
electronic
skin》Carlos
García
Núñez等,天风证券研究所3.1
触觉是机器人的重要感知方式,柔性传感器市场空间广阔◼触觉传感器应用广泛:触觉传感器可以广泛应用在工业机器人、服务机器人、医疗机器人、消费电子、可穿戴智能设备、智能家居、智能汽车等领域。根据新思界产业研究中心数据,预计2022-2027年期间触觉传感器市场规模CAGR≈13.1%;其中美国是全球最大的触觉传感器市场,需求占比达到75%以上。◼◼国外厂商占据八成高端触觉传感器市场:触觉传感器行业技术壁垒较高,全球范围内触觉传感器产商主要是美国Tekscan公司、美国Pressure
ProfileSystems、美国Sensor
Products
Inc等,CR3占比达60%以上,美国触觉传感器行业竞争力强。国产触觉传感器替代空间广阔:中国在高端触觉传感器领域处于明显弱势地位,触觉传感器是我国重点攻艰的35项“卡”技术之一,目前我国触觉传感器生产实力不足,布局企业数量较少,且多数以技术含量较低的产品研制为主,市场需求对外依赖度超90%。图:2017-2022年中国柔性传感器行业供需情况图:2017-2022年中国柔性传感器行业规模2545%40%35%30%25%20%15%10%5%6000500040003000200010000201510500%201720182019202020212022201720182019202020212022产量(万个)需求量(万个)市场规模(亿元)YoY(%)24资料:新思界,智研咨询公众号,天风证券研究所3.1
触觉是机器人的重要感知方式,柔性传感器市场空间广阔◼全球柔性传感器市场量价齐升:随着科技的不断进步和应用领域的拓展,柔性传感器在智能手机、可穿戴设备、智能家居等消费电子产品中的应用将持续增长,推动市场规模的增长。随着人们对智能化产品的需求增加,柔性传感器市场在消费电子领域的份额将继续扩大。根据智研咨询数据显示,全球柔性传感器行业市场规模呈现逐年上涨态势,2022年全球柔性传感器市场规模为19.31亿美元,需求量为2.43万个,均价为7.95美元/个。◼中国柔性传感器市场规模有望继续扩大:随着国内制造业的升级和智能化需求的增加,柔性传感器在各个领域的应用将不断增加。根据智研究咨询数据显示,中国柔性传感器行业市场规模增长速度较快,2022年中国柔性传感器行业市场规模为21.12亿元。图:2017-2022年全球柔性传感器行业规模图:2017-2022年全球柔性传感器需求及价格情况38.2825201510525%20%15%10%5%2.527.87.67.47.271.516.86.66.46.20.5000%201720182019202020212022201720182019202020212022市场规模(亿美元)YoY(%)需求量(亿个)均价(美元/个,右轴)25资料:智研咨询公众号,天风证券研究所3.1
触觉是机器人的重要感知方式,柔性传感器市场空间广阔◼消费电子应用持续扩大,新兴领域不断拓展:柔性传感器在智能手机、可穿戴设备、智能家居等消费电子产品中的应用将持续增长。中国消费者对智能化产品的需求持续高涨。除了传统的消费电子领域,中国柔性传感器市场还将在新兴领域得到进一步发展。例如,中国工业自动化、机器人技术的快速发展将推动柔性传感器在工业应用中的应用增长。◼需求持续增长,国产化率逐步提高:根据智研究咨询数据显示,中国柔性传感器需求较大,2022年中国柔性传感器需求量为4923万个,产量仅为1634万个;2022年国产柔性传感器市场规模达3.12亿元,同比增长31.6%;国产化率逐步提高,2022年中国柔性传感器国产化率为32.50%。图:2017-2022年国产柔性传感器销量及中国市场传感器价格情况图:2017-2022年国产柔性传感器市场规模180016001400120010008004443424140393837363534333.5380%70%60%50%40%30%20%10%0%2.521.516004000.502000201720182019202020212022201720182019202020212022销量(万个,左轴)单价(元/个)市场规模(亿元)YoY(%)26资料:智研咨询公众号,共研咨询,天风证券研究所3.2
柔性压力传感器:压阻式传感器或将成为主流◼柔性压力传感器按照传感原理主要可以分为,压阻式(电阻式)、电容式、电感式、压电式、光电式等:•电容式:在外力作用下使两极板间的相对位置发生变化,从而导致两级间电容变化,通过检测电容的变化量实现检测。优势是测量量程大,线性度好,制造成本低,实时性高;劣势是物理尺寸大,不易集成化,易受噪声影响,稳定性差。••电感式:利用电磁感应原理将压力作用转换为线圈的自感系数和互感系数的变化,并将磁场的变化通过磁路系统转化为电信号,从而检测接触面上的压力信号。优势是制造成本低,测试量程范围大;劣势是磁场分布难以控制,分辨率低;一致性差。压电式:基于压电效应的传感器,是一种自发电式和机电转换式传感器。优势是动态范围宽,有较好的耐用性;劣势是易受热响效应影响。图:电子触觉皮肤传感器的转换机制27资料:《机器人触觉传感器发展概述》宋爱国,天风证券研究所3.2
柔性压力传感器:压阻式传感器或将成为主流◼柔性压阻式压力传感器被认为是下一代柔性压力传感器的理想选择:柔性压阻式传感器以器件结构简单、灵敏度高、响应快、制造成本低、稳定性好等优点被认为是下一代柔性压力传感器的理想选择。劣势是体积大,不易实现微型化;功耗高,接触表面易碎;易受噪声影响。◼柔性压阻式压力传感器:利用弹性材料的电阻率随压力大小的变化而变化的性质制成,将接触面上的的压力信号转换为电信号。主要分为两大类:一类是基于导电橡胶、导电塑料、导电纤维等复合型高分析导电材料制成的器件;导电橡胶是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中,受到压力时导电颗粒发生接触导致电阻率发生变化。另一类是根据半导体材料的压阻效应制成的器件,其基片可直接作为测量传感元件,扩散电阻在基片内组成惠斯通电桥。当基片受到外力作用时,电阻率发生显著变化导致各电阻值发生变化,电桥就会产生相应的电压信号输出。图:半导体材料压阻效应图:
高分子复合材料压阻效应(d)和隧穿效应(e)28资料:《柔性压阻式压力传感器的研究进展
》李凤超,天风证券研究所3.3
柔性MEMS压力传感器:空间分辨率和灵敏度较高◼◼压阻性触觉传感器根据敏感材料不同分为MEMS(微机电系统)应变计类、导电聚合物类、导电橡胶类和导电溶液类。MEMS工艺是微电子和微机械的巧妙结合:MEMS是集微型传感器、执行器、机械结构、电源能源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微米或纳米级器件或系统。简而言之,MEMS工艺就是将传统机械系统的部件微型化后,利用半导体加工技术将微型机械系统和集成电路固定在硅晶圆上,然后根据不同的应用场景采用特殊定制的封装形式,最终切割组装形成硅基换能器。◼柔性MEMS压阻式传感器具有灵敏度高、空间分辨率高的优势:基于微纳结构的柔性压力传感器集成到机器人中,可以实现灵敏的触觉感知,然而例如金字塔和半球等传统对称结构,只能感知力的大小,却无法感受力的方向;触觉不仅由压力引起,还由剪切力和摩擦力所引起,其大小和方向都很重要。图:不同压阻式传感器优缺点对比种类柔性基底+敏感材料举例优点缺点PI+金属应变计PI+NiCrPDMS+应变片单元易碎成本较高封装后尺寸大灵敏度高空间分辨率高MEMS应变计弯曲性好成本低导电聚合物导电橡胶PDMS+Flemion灵敏度低PDMS+混有CNT的PDMSPDMS+INASTROMER导电橡胶弯曲性好可检测静态动力存在迟滞现象集成度高稳定性好信号串扰密封性要求高导电溶液柔性橡胶+导电液(BioTac)*CNT:碳纳米管,MEMS:微机电系统,PDMS:聚二甲基硅氧烷,PI:聚酰亚胺29资料:《一种面向视触融合人机交互的柔性触觉传感阵列》王爽,天风证券研究所3.3
柔性MEMS压力传感器:空间分辨率和灵敏度较高◼◼MEMS技术应用在大部分触觉传感器:大部分常用的触觉传感器或多或少地应用了MEMS技术,此类传感器空间分辨率较高,但MEMS触觉设备容易损坏。柔性MEMS压力传感器:使用柔性材料制作的MEMS压力传感器,通过直接检测材料表面形变来感知力度,相较于传统硅基MEMS压力传感器来说,柔性MEMS传感器由于具有柔性特质,因此对于系统其他部件的结构和内部空间结构要求较低,具有更强的适应性,应用范围较广。◼传统MEMS压力传感器:主要通过测量面板与固定位之间的间距变化,导致对MEMS触点产生挤压来测量压力;由于需要检测面板间距变化,需紧密支撑,对结构依赖度高,并且容易受到外部结构变化的影响,这也使得其在部署上对其他部件结构和内部结构要求较高,组装更为复杂,可适应性和应用范围相对较窄。图:柔性压力传感器下游应用图:纽迪瑞(NDT)柔性与传统技术示意图30资料:芯智讯公众号,麦姆斯咨询,天风证券研究所3.4
指尖触觉解决方案:多点阵列压力传感器◼◼◼将MEMS传感器阵列化并集成在柔性可延展衬底是实现柔性电子的重要途经:许多研究采用了复杂的微结构来增强传感器的灵敏度,但实现微型结构通常要涉及复杂且昂贵的制造工序,不利于阵列化;目前有部分机器人厂商和研究机构采用了多点阵压力传感器方案来实现人工指尖触觉感应。瑞森可Freehandy灵巧手:瑞森可联合清华大学开发团队推出可穿戴式五指灵巧手Freehandy;使用多阵列压力传感器(15*15mm的面积上共25个感应点),利用CMOS
工艺,组成复合传感结构,可实现触觉、滑觉的精准感知;单指指尖抓取力强(整手最大负载1.0Kg),指尖传感精度高(单点0.3N),可适用于多种类物品的复杂抓取场景。特斯拉第二代Optimus机器人增加手指触觉传感器:全新11自由度灵巧手,通过新增手指触觉传感器,实现捏鸡蛋的精细操作。图:集成微型触觉传感器阵列机器手图:第二代Optimus灵巧手部指尖传感器31资料:财联社公众号,《用于人工指尖触觉感应的柔性MEMS电容式压力传感器研究》杨俊,天风证券研究所3.4
指尖触觉解决方案:多点阵列压力传感器◼•上海硅步灵巧手:Freedom仿人形五指触感灵巧手整机重量较轻,单指指尖抓取力强,单手具有6个自由度;该灵巧手凭借指尖末端多点阵列压力传感器,可高精度地执行多种抓取操作。指尖多阵列触觉传感器:设计上下面为“五纵五横”形式,从而将整块压敏材料自动分割为5*5矩阵形式,共具有25个压阻力单元,灵巧手手指传感器实物抓取中实时反馈,通过算法实现触感感知能力,感知精度最小为0.3N以内,响应速度0.05S。•触觉传感单元:具有16个触点,采用灵敏度高弛豫时间低的柔性压敏材料、稳定性高的“柔性-非柔性”界面过渡材料、弹性好机械强度高的柔性包覆与支撑材料、节点间的柔性互连材料为主要本体材料,同时结合
CMOS工艺技术,通过在
CMOS触觉传感器实现复合传感结构,构成单片的触觉传感单元(即触点);并采用柔性技术实现传感单元间的互连与信号读出。图:Freedom仿人形五指触感灵巧手图:压力传感器阵列装置和PR2机器人手爪32资料:上海硅步公众号,《智能机器人用触觉传感器应用现状》邓刘刘,天风证券研究所3.5
微结构:提升压阻式柔性传感器灵敏度◼微结构创新设计被认为是增强柔性传感器性能最有效的手段之一:微结构具有在微小压力下易变形的特点,国际学者相继提出了各种利用微结构之间相互接触导致电阻变化进而实现传感的柔性压力传感器。微结构设计类型主要有三类,分别为单一微凸体结构
(金字塔结构、半球状结构、半柱状结构、无规则结构等);复合微凸体结构;
三维多孔结构等。◼微结构可以通过增加形变时接触面积来提升传感器灵敏度:微结构逐渐应用在柔性衬底或导电层,显著提升传感器灵敏度。例如互锁结构(左下图c/d)在加载压力时,在接触点处引起应力集中和微腔局部变形,
使得互锁微穹阵列之间的接触面积显著增大并影响接触点处的隧穿电阻。相对于平面结构和单一的半球形结构而言,
互锁型微结构有效的提高了传感器的灵敏度图:基于微结构电容型压力传感器和电阻型压力传感器图:微结构电阻式柔性压力传感器示意图基于电双层的电容型压力传感器,含有多级非稳态自补偿基于互锁结构的电阻型压力传感器资料:《柔性压力传感器的原理及应用》侯星宇,《微结构化柔性压力传感器的性能增强机制、实现方法与应用优势》赵
静,33天风证券研究所3.5
微结构:提升压阻式柔性传感器灵敏度◼◼微结构拓宽柔性压力传感器应用范围:通过活性层材料种类的筛选及微结构的合理设计,可以进一步提高材料的传感范围、灵敏度和稳定性,从而实现柔性压阻式压力传感器在人工智能、机器人电子皮肤、可穿戴设备及健康检测领域的实际应用。微结构制造较为复杂:目前学者普遍用微结构增敏技术,旨在提高传感器的灵敏度,虽然在低压范围内传感器灵敏度得到极大提高,但传感范围普遍较小。多层微结构可以提升灵敏度和测量范围,但制造方法复杂,制造设备昂贵、难以批量生产及测量范围相对较小等问题限制了微结构柔性力敏传感器的广泛应用。此外,柔性压力传感器在人体上或者恶劣的环境下的实际应用受到很大限制,研制更加环境友好的的传感器也是未来研究重点。图:柔性压阻式压力传感器活性层材料、微结构类型及应用34资料:《柔性力敏传感器发展现状》苏倩,《柔性压阻式压力传感器的研究进展》李凤超,天风证券研究所3.6
柔性电子皮肤:潜在市场广阔,机遇与挑战并存◼柔性触觉电子皮肤具有与人体触觉传感器相仿的功能:电子皮肤(E-skin)作为机器人外表面蒙皮可为机器人提供丰富的触觉信息,促进机器人控制领域及新一代人机交互领域的发展。高柔弹性、高灵敏度的电子皮肤触觉传感器使机器人更加灵活、纤细、智能、人性化。感知皮肤可以如同衣服一样附着在更重载体表面,完成接触力的测量,不受接触面积和形状限制。◼如何在提升触觉灵敏度的同时保持传感器的机械稳定性是柔性电子皮肤研究领域的一大挑战:电子皮肤研究面临的最大难点在于难以找到合适的复合材料,以同时实现人类皮肤的物理化学属性和刺激感知属性。图:电子皮肤触觉传感阵列的构建过程图:仿真电子皮肤结构资料:《Embedment
of
sensing
elements
for
robust,
highly
sensitive,
and
cross-talk–free
iontronic
skins
for35robotics
applications》JUNLI
SHI,国家自然科学基金委员会,浙江清华柔性电子技术研究院,天风证券研究所3.6
柔性电子皮肤:潜在市场广阔,机遇与挑战并存◼◼电子皮肤在智能系统应用具有重要意义:由于触觉传感器的高性能,在智能系统中的应用越来越广泛;电子皮肤不仅可以实现更智能的机器人,而且在可穿戴设备和医疗领域具有重要意义。电子皮肤在实际应用中存在诸多挑战:高灵敏度、高柔性的电子皮肤制造工艺复杂、成本高和难以批量生产;目前,柔性电子皮肤的发展仍然受材料与结构限制,在测量精度上无法与传统成熟的金属及半导体传感器相比;未来研究中,探索新材料和结构设计仍是制备高性能电子皮肤的关键,尤其是高灵敏度和高柔性的电子皮肤。图:全柔性触觉压力传感器图:机械解耦的压力传感器(MDPS)总体示意图资料:《高灵敏度柔性电子皮肤的研究与应用进展》吴帅帅,《On-skin
and
tele-haptic
application
of
mechanically36decoupled
taxel
array
on
dynamically
moving
and
soft
surfaces》Se
Young
Kwon,天风证券研究所3.6
柔性电子皮肤:潜在市场广阔,机遇与挑战并存◼大规模部署难题:人类皮肤是人体面积最大的器官,一个成年人的皮肤展开面积约2平方米。为了模拟人类皮肤,触觉传感器阵列需要具有良好的拼接性,以适应不同尺寸和形状的测量表面,要求触觉传感器具备可以自由扩展的特性。虽然在对单个传感单元的研究中,无论是传感单元的灵敏度、分辨率、柔弹性等性能都已经取得突破,但是阵列式触觉传感器在成本、拼接、串扰等难题上的进步空间还很大。◼新型制造工艺:聚合物微机械加工工艺等新型制作方法和3D打印技术逐步兴起,在部分领域颠覆了传统的设计和制造方式,为电子皮肤触觉传感器的柔弹性的实现创造了新的可能。另外,在柔性化和集成化方面,随着微电子技术的飞速发展、微米/纳米技术的问世,以及大规模集成电路工艺技术的日臻完善,集成电路器件的密集度越来越高。同时,各种数字电路芯片、模拟电路芯片、微处理器芯片、存储器电路芯片的价格大幅度下降,对触觉传感器的发展起到极大的推动作用。图:光刻模板法制作微结构共形电极图:3D打印制备活性层图:石墨烯复合材料制备工艺资料:《柔性压阻式压力传感器的研究进展》李凤超,《微结构化柔性压力传感器的性能增强机制、实现方法与应用优势》赵37静,天风证券研究所4建议关注384.1
汉威科技:能斯达立足柔性微纳传感,开创柔性感知产业新未来◼汉威科技全面布局传感器业务:公司的传感器业务集研发、生产、销售为一体,掌握厚膜、薄膜、MEMS、陶瓷等核心工艺,产品覆盖气体、压力、流量、温度、湿度、光电、加速度等门类,是最具成长性和价值的核心业务板块之一。该板块业务主要由公司旗下子公司炜盛科技、山西腾星、深圳汉威、苏州能斯达等开展。◼2013年开始布局柔性传感器:汉威传感器产业集群成员苏州能斯达(控股子公司)已经攻克了柔性微纳传感器灵敏度低、稳定性差和规模化制造难等关键技术难题,建立了稳定的纳米敏感材料体系。其现已掌握了柔性压阻、柔性压电、柔性温湿度、柔性电容、柔性汗液五大核心技术,拥有柔性压力传感器、柔性压电传感器、柔性织物、柔性应变传感器、柔性温湿度传感器、柔性热敏传感器、柔性电容传感器、柔性汗液传感器八大产品系列,百余项核心专利,还拥有一条年产千万支柔性传感器的超净印刷线和组装线,在消费电子、健康医疗、IOT等战略新兴产业均有相关应用落地,在柔性传感器产业化方面具有国际领先水平。图:公司营收及净利润情况图:公司毛利率及归母净利率情况400%300%200%100%0%40%30.033.47%33.47%298.1%19.431.41%31.84%24.035%30%25%20%15%10%5%23.225.020.015.010.05.028.37%11.53%18.215.428.0%4.9%11.36%-49.8%-12.6%10.59%7.43%20.3%19.3%2.66.7%2.13.4%2.8-100%-200%-300%1.2-268.3%-1.00.00%-5.70%20192020202120222023Q1-3-5.0-5%-10%20192020202120222023Q1-3营业收入(亿元)归母净利润(亿元)收入YoY归母净利润YoY销售毛利率归母净利率资料盖):汉威科技公告,汉威科技集团股份有限公司公众号,Wind,天风证券研究所
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*汉威科技(机械团队与电子团队联合覆394.1
汉威科技:能斯达立足柔性微纳传感,开创柔性感知产业新未来◼苏州能斯达:中科院苏州纳米所知名海归科学家张珽团队创立的一家国家级高新技术企业,公司致力于柔性压力传感器的研发和产业化,开创了国内柔性智能感知技术和印刷电子的领先品牌,公司将柔性感知传感器与智能终端紧密结合,打造了柔性传感智能化平台。◼苏州能斯达积极拓展柔性微纳传感器应用场景:23H1苏州能斯达订单金额不断增加,应用领域不断拓展,柔性微纳传感器目前已在智能机器人领域有明确的应用,并与小米科技、九号科技、深圳科易机器人等积极开展业务合作,后续发展空间广阔。小米长江产业基金于2022年3月作为战略投资者增资,增资后持有苏州能斯达5.21%股权。图:汉威柔性传感器布局图:汉威柔性传感器产品40资料:汉威科技公告,汉威科技集团股份有限公司公众号,天风证券研究所
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*汉威科技(机械团队与电子团队联合覆盖)4.2
柯力传感:国内应变式传感器龙头,拓展六维力+力矩传感器图:公司分产品营收占比
深耕应变式传感器,提供系统应用解决方案:公司前身宁波柯力电气制造有限公司成立于1994年,2005-2010年公司发展成为中国最大的传感器生产企业。现阶段,公司以传感器为基石,大力发展工业物联网产业,纵向深挖多物理量传感器领域,例如视觉、压力、流量、气体传感器等,横向扩展物联网,持续推进“感知层—网络层—应用层”。100%80%60%40%20%0%10%9%8%9%10%9%10%8%18%10%20%16%19%19%26%66%63%62%56%52%
盈利能力修复,业务多元化:2023年前三季度公司营业收入较上年持平,毛利率及归母净利率达2018年以来高点,应变式传感器业务占比由2018年的66%降至2022年的52%。20182019202020212022应变式传感器系统集成产品仪表附件、服务等图:公司营收及归母净利润情况图:公司毛利率及归母净利率情况121040%30%20%10%50.0%43.1%10.6110.3143.7%26.5%40.9%41.1%26.3%40.2%8.3530.0%8.0638.3%24.4%29.7%13.0%7.4040.0%30.0%20.0%10.0%864207.0923.4%20.2%24.7%201924.5%202214.2%2.5112.8%2.202.602.148.7%1.834.4%19.8%20181.413.6%2.8%0.4%
0%2023Q1-320182019202020212022202020212023Q1-3营业收入(亿元)归母净利润(亿元)营业收入YoY归母净利润YoY毛利率归母净利率41资料:Wind,天风证券研究所
/*柯力传感(新兴产业团队覆盖)4.2
柯力传感:国内应变式传感器龙头,拓展六维力+力矩传感器
人形机器人引领传感新趋势,紧密跟踪发展机遇:人形机器人“具身智能+AI”为传感器行业发展打开想象空间,引领新一轮智能传感器行业发展趋势,人形机器人相关传感器如编码器、力/力矩传感器、惯性传感器、视觉/味觉/嗅觉传感器等引起广泛关注。柯力传感启动整体传感器市场调研计划,每月跟踪机器人行业市场变化和传感器需求及竞争分析,重点调研触觉类传感器的客户需求、传感器竞争对手及新品,为产品研发方向及体系建设提供支持。
创新传感器初见雏形,研发+投资驶入快车道:柯力传感在目前已有的微型、扭矩、二维/三维/六维力等高端力学传感器基础上,加快自主研发,积极寻求与各大机器人厂商的合作,截至2023上半年度已实现了多款扭矩传感器、多维力传感器产品的送样和试制。公司积极推动多维力、机器人传感器投资项目,融合微型传感器投资项目,与全国相关企业洽谈投资项目。公司在深圳建设新的研发中心,充分利用当地资源打造微型传感器产线、推动柯力传感谷落地。加速机器人传感器向亿级营收发展。图:公司部分应变式传感器表:柯力传感不同型号扭矩传感器性能参数型号NJ-JNJ-K50,100,200,300,500,800N.m额定载荷50,100N.m适用场景静态扭矩、扭矩扳手检测静态扭矩检测灵敏度综合误差温度影响蠕变零点平衡安全过载极限过载材质1.0-2.0mV/V±0.5;±1%F.S±0.03%F.S/10°C±0.05%F.S±1%F.S1.0-2.0mV/V±0.5;±1%F.S±0.05%F.S/10°C±0.05%F.S±1%F.S120%F.S180%F.S合金钢120%F.S150%F.S合金钢42资料:柯力传感官网,天风证券研究所
/*柯力传感(新兴产业团队覆盖)4.3
瀚川智能:投资坤维科技,布局相关产业链◼瀚川智能布局相关产业链:全资子公司苏州瀚海皓星投资管理有限公司于2020年12月投资了坤维科技,持股比例为4.56%;通过股权投资向机器人领域进行探索,并结合智能汽车行业与智能机器人行业的通用零部件进行业务布局。未来,随着坤维科技公司业务规模的扩大,公司将从股权合作进一步深化为产业链上下游的业务合作。◼常州坤维传感科技:成立于2018年,是一家致力于提供高精度力觉传感器(六维力传感器)及力控解决方案的高新技术企业,致力于为机器人及其它智能装备、工业过程监控、产品质量检测、科研测试测量等领域提供力觉测量解决方案及相关产品。经过5年发展,坤维科技的六维传感器产品在中国协作机器人领域市占率第一。图:公司营收及净利润情况图:公司毛利率及归母净利率情况14.080%60%40%20%0%70.2%12.040%33.47%33.47%11.412.031.41%31.84%50.8%20.9%35%30%25%20%15%10%5%28.37%11.53%37.7%25.7%31.8%10.08.06.04.02.00.07.64.93%6.011.36%10.59%-20%-40%-60%4.67.43%-39.8%0%-5.70%20190.720190.620210.72022-76.7%
-80%0.420202020202120222023Q1-30.2-5%-10%-100%2023Q1-3营业收入(亿元)归母净利润(亿元)收入YoY归母净利润YoY销售毛利率归母净利率43资料:坤维科技官网,高工机器人公众号,天风证券研究所4.3
瀚川智能:投资坤维科技,布局相关产业链◼深耕六维力传感机器,掌握核心技术:坤维科技创始团队来自国家级航天科研机构,掌握力觉测量核心技术,致力于六维力传感器的研发及应用,具备相关产品自主知识产权。公司创始人熊琳毕业于西北工业大学和航天11院,拥有高级工程师职称,硕土在读阶段即开始从事六维力传感器领域研究,曾任航天11院六维力传感器研发部门负责人,研发各类六维力矩传感器60余种类以及多套六维力传感器标校设备,具备18年从业经验以及丰富的产品质量管控经验。◼产品矩阵逐渐丰富,性能居于行业领先水平:目前,公司六维力传感器产品包含8大系列,超过35个产品型号,已与节卡、遨博、睿尔曼、越疆、思灵、大族、法奥等国内协作机器人著名厂商开展了深度合作;广泛应用于机器人、医疗、科学研究、航空航天等领域。串扰精度优于0.3%FS,重复性精度优于0.1%FS,部分产品抗过载能力最高可达到800%FS。凭借军工级的质量管控能力和产品批量化生产能力,坤维科技可大幅降低优质力觉传感器的成本,性价比远超进口产品。图:坤维科技六维力产品(节选)图:坤为科技产品应用领域(节选)图:坤为科技下游合作客户44资料:坤维科技官网,高工机器人公众号,天风证券研究所4.4
康斯特:MEMS
传感器垂直布局,突破技术垄断打造新成长曲线◼MEMS
传感器即将达产,未来年度销售收入预计超8亿、净利润超2亿。2018
年,子公司
Additel
收购微差压硅传感器制造公司Superior
Sensor19.5%的股权,借助其20
多年研发及营销经验,加速压力传感器的商业布局。2019年,公司以2.1
亿的自有资金投资“MEMS传感器垂直产业智能制造项目”,建设3条
MEMS
传感器垂直产业智能制造生产线及厂房办公室,项目预计23年达产,达产后年产可达30万只压力传感器芯体,并继续深度加工成10万只压力传感器和20万台压力变送器。公司采用商业化价值更高的单晶硅压阻技术路线,MEMS压阻式压力传感器具有全量程兼容性、灵敏度高、线性度高、响
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