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作为(wei)人(ren)形机器(qi)人(ren)感知系(xi)统核心部件灵(ling)巧手智(zhi)能(neng)化的基础，传感器(qi)逐渐站上了风(feng)口。
灵(ling)巧手热度(du)不断提升(sheng)
2023年(nian)12月，特斯拉公开GEN2视频，超预期展示了机器(qi)人(ren)搭配全新的双手配置，动作更为(wei)灵(ling)敏，能(neng)够灵(ling)活抓握鸡蛋。机器(qi)人(ren)抓取(qu)3cm左右(you)的圆形物体需要手部搭配压力传感器(qi)，更高执行精度(du)甚至需配置微型的轴距齿轮或谐波减速器(qi)，以(yi)识别物体的硬(ying)度(du)，并做出合理力度(du)的抓握动作。
特斯拉展示的GEN2展示了优秀的抓握动作 资料来源：特斯拉官方(fang)推特
2023年(nian)1月16日，马斯克在社交媒体平台上发布特斯拉人(ren)形机器(qi)人(ren)二代GEN2的最新视频，仅过(guo)去一个月，视频中(zhong)机器(qi)人(ren)已经在进行叠衣服的活动，灵(ling)巧手折衣服（衬衫材料柔软，要求更高的识别能(neng)力和控制能(neng)力）展示出优秀的力控能(neng)力和传感器(qi)精度(du)。
至此，机器(qi)人(ren)灵(ling)巧手的热度(du)一升(sheng)再升(sheng)。
机器(qi)人(ren)灵(ling)巧手作为(wei)一种新型的末端执行器(qi)，在机器(qi)人(ren)与环境的交互中(zhong)起着关键作用。自20世纪70年(nian)代起，国(guo)内外对灵(ling)巧手展开了大量研究，从三指到五指，从工业(ye)到生活，从简(jian)单的抓取(qu)到灵(ling)巧操作，以(yi)期解决复杂的实际作业(ye)问题。
早期灵(ling)巧手多(duo)采用腱驱动系(xi)统与电机驱动，以(yi)日本“电子技术实验室”的Okada灵(ling)巧手、美(mei)国(guo)斯坦福大学的Stanford/JPL灵(ling)巧手、美(mei)国(guo)麻省理工学院和犹(you)他大学联合研制的Utah/MIT灵(ling)巧手作为(wei)该领域研究初始阶段的典型代表，为(wei)后续仿人(ren)型多(duo)指灵(ling)巧手研究建立了理论基础。
20世纪末，随着嵌入式硬(ying)件的发展，多(duo)指灵(ling)巧手的研究向着高系(xi)统集成度(du)和丰富(fu)的感知能(neng)力提升(sheng)的方(fang)向发展，进入了快速发展阶段。如(ru)德(de)国(guo)宇航中(zhong)心先后研制的DLR-Ⅰ和DLR-Ⅱ灵(ling)巧手，共集成了25个传感器(qi)，包括类似人(ren)工皮肤的触觉传感器(qi)、关节扭矩传感器(qi)、位置传感器(qi)和温度(du)传感器(qi)等，使灵(ling)巧手在灵(ling)活性和感知能(neng)力方(fang)面都(dou)有显著提升(sheng)。
多(duo)指灵(ling)巧高系(xi)统集成的灵(ling)巧手具有灵(ling)活性和功能(neng)性的优势，但(dan)是(shi)复杂的系(xi)统导致了高额的制造成本并且(qie)降低了系(xi)统的可(ke)靠(kao)性和易维护性。因此近10年(nian)，多(duo)指灵(ling)巧手设计的一个重要方(fang)向是(shi)简(jian)化系(xi)统与提高稳定性。手的研究向着高系(xi)统集成度(du)和丰富(fu)的感知能(neng)力提升(sheng)的方(fang)向发展，进入了快速发展阶段。
灵(ling)巧手的发展 资料来源：吕博瀚(han)《空间机器(qi)人(ren)多(duo)自由度(du)灵(ling)巧手关键技术研究》蔡世波《机器(qi)人(ren)多(duo)指灵(ling)巧手的研究现状趋(qu)势与挑战(zhan)》
资料来源：吕博瀚(han)《空间机器(qi)人(ren)多(duo)自由度(du)灵(ling)巧手关键技术研究》、蔡世波《机器(qi)人(ren)多(duo)指灵(ling)巧手的研究现状、趋(qu)势与挑战(zhan)》
近年(nian)来，海外具有代表性的灵(ling)巧手厂商(shang)包括SCHUNK、Shadow Robot、qb Robotics、Clone Robotics等；国(guo)内包括蓝胖(pang)子机器(qi)智(zhi)能(neng)（dorabot）、因时(shi)机器(qi)人(ren)、腾讯RoboticsX实验室等也(ye)陆续公布灵(ling)巧手领域的相关产品和研究成果。
要知道的是(shi)，灵(ling)巧手作为(wei)人(ren)形机器(qi)人(ren)与外界交互的重要媒介(jie)，是(shi)机器(qi)人(ren)功能(neng)性的直接体现。这一方(fang)面决定了其在人(ren)形机器(qi)人(ren)体系(xi)中(zhong)的重要地位，另一方(fang)面预示着五指灵(ling)巧手与人(ren)形机器(qi)人(ren)功能(neng)对应，在硬(ying)件层面可(ke)选的方(fang)案数量将大于其他部位；
同时(shi)，五指灵(ling)巧手可(ke)以(yi)不依附于人(ren)形机器(qi)人(ren)而单独存在，如(ru)机械臂、远程(cheng)操作手套、假肢等，这决定了五指灵(ling)巧手的远期市场容量的进一步扩大；再加上五指灵(ling)巧手作为(wei)一个功能(neng)单元，相较人(ren)形机器(qi)人(ren)其他部位，其自身零部件数量更多(duo)，硬(ying)件结构更为(wei)复杂，需要集合整手的运动控制、末端传感、人(ren)机交互等，最终可(ke)能(neng)造成五指灵(ling)巧手环节的竞争更加多(duo)层次，也(ye)容易演化成为(wei)单独环节，因此极具投(tou)资价值。
根据因时(shi)机器(qi)人(ren)网上报价，单只灵(ling)巧手价格约为(wei)5万元，如(ru)果未来人(ren)形机器(qi)人(ren)销量到达(da)百万台，对应灵(ling)巧手市场规(gui)模将达(da)到1000亿元。此外，未来人(ren)形机器(qi)人(ren)可(ke)能(neng)会应用到各种场景(jing)，对应的灵(ling)巧手配置各不相同，机构预计单价也(ye)会有较大的差别，市场潜力很大。
智(zhi)能(neng)化基础传感器(qi)迎来机遇
传感器(qi)是(shi)人(ren)形机器(qi)人(ren)感知系(xi)统的核心部件，是(shi)灵(ling)巧手智(zhi)能(neng)化的基础。人(ren)形机器(qi)人(ren)传感器(qi)检测对象不同分为(wei)内部传感器(qi)和外部传感器(qi)。内部传感器(qi)：用来感知机器(qi)人(ren)的自身状态的传感器(qi)，比(bi)如(ru)位置、速度(du)、加速度(du)。外部传感器(qi)：用以(yi)感受机器(qi)人(ren)周围环境、目标物的状态信(xin)息的传感器(qi)，比(bi)如(ru)视觉、触觉、听觉、嗅觉、温度(du)、力觉等。
数据来源：传感器(qi)专家网
人(ren)形机器(qi)人(ren)需要用到多(duo)种传感器(qi)，包括力矩传感器(qi)，拉压力传感器(qi)、编码器(qi)、温度(du)传感器(qi)、六维力传感器(qi)和惯导传感器(qi)等。其中(zhong)，惯导传感器(qi)（IMU）是(shi)实现人(ren)形机器(qi)人(ren)姿态控制的核心，六维力传感器(qi)是(shi)力控、摆动稳定控制的核心，可(ke)精准测量随机变化的力。
资料来源：Ziwei Xia《Dexhand a Space qualified multi-fingered robotic hand》
特斯拉OptimusGEN2人(ren)形机器(qi)人(ren)采用11自由度(du)灵(ling)巧手和手指触觉传感器(qi)，响应更快，要实现捏鸡蛋的操作需要用到多(duo)种传感器(qi)的技术支撑，包括压力感知、触力感知和柔性微压力感知等。
其中(zhong)六维力/力矩传感器(qi)应用于人(ren)形机器(qi)人(ren)的手腕处和脚腕处，又以(yi)六维联合加载设备是(shi)高精度(du)六维力传感器(qi)研发和生产的必(bi)要条(tiao)件。柔性触觉传感器(qi)/电子皮肤能(neng)够实现与环境接触力、温度(du)、湿度(du)、震动、材质、软硬(ying)等特性的检测，是(shi)机器(qi)人(ren)直接感知环境作用的重要传感器(qi)。
MEMS压力传感器(qi)具有易于批量生产、小型化、成本效益以(yi)及(ji)易于制造复杂结构的能(neng)力等优势，例如(ru)Superior Sensor Technology的MEMS压力传感器(qi)集成了包括先进的数字滤波、闭环控制和基于软件的压力开关等先进的功能(neng)，可(ke)提供精确的运动控制和灵(ling)活的物体操纵能(neng)力所需的基本内部扭矩和力的反馈。
市场空间有多(duo)大？
首(shou)先是(shi)六维力/力矩传感器(qi)，GGII数据显示，2022年(nian)中(zhong)国(guo)市场六维力/力矩传感器(qi)销量8360套，同比(bi)增长(chang)57.97%，其中(zhong)机器(qi)人(ren)行业(ye)销量4840套，同比(bi)增长(chang)62.58%。
GGII预计，到2027年(nian)中(zhong)国(guo)市场六维力/力矩传感器(qi)销量有望突破84000套，2023-2027年(nian)复合增长(chang)率超过(guo)60%，其中(zhong)机器(qi)人(ren)行业(ye)销量有望突破42000套；2022年(nian)中(zhong)国(guo)六维力/力矩传感器(qi)市场规(gui)模2.39亿元，同比(bi)增长(chang)52.04%，其中(zhong)机器(qi)人(ren)行业(ye)六维力/力传感器(qi)市场规(gui)模1.56亿元，同比(bi)增长(chang)54.35%。2027年(nian)中(zhong)国(guo)六维力/力矩传感器(qi)市场规(gui)模将超过(guo)15亿元，按照2022年(nian)机器(qi)人(ren)行业(ye)占比(bi)推算，预计2027年(nian)中(zhong)国(guo)机器(qi)人(ren)行业(ye)六维力/力传感器(qi)市场规(gui)模将达(da)到9.79亿元。
目前，六维力和力矩传感器(qi)市场基数依然偏(pian)小，尚未形成明(ming)显规(gui)模效应。随着入局者的持续增加，叠加下游细(xi)分市场认(ren)知的逐年(nian)提升(sheng)以(yi)及(ji)应用领域的拓展，六维力/力矩传感器(qi)的增长(chang)空间仍在拓宽(kuan)，期间将伴随多(duo)技术路线产品矩阵的完善、产品价格的下降以(yi)及(ji)国(guo)产化率的提升(sheng)。
触觉传感器(qi)是(shi)实现机器(qi)人(ren)智(zhi)能(neng)感知和人(ren)机交互的核心器(qi)件。触觉传感器(qi)将触觉刺激(ji)转换(huan)为(wei)电信(xin)号送入机器(qi)人(ren)控制器(qi)，为(wei)机器(qi)人(ren)感知外界环境提供丰富(fu)的信(xin)息，如(ru)物体尺寸(cun)、形状、纹理、刚度(du)、温度(du)等特性，还能(neng)提供与他人(ren)的力触觉交互。
柔性触觉传感器(qi)又称为(wei)“电子皮肤”，能(neng)够实现与环境接触力、温度(du)、湿度(du)、震动、材质、软硬(ying)等特性的检测，是(shi)机器(qi)人(ren)直接感知环境作用的重要传感器(qi)。柔性触觉传感器(qi)的特点有：像人(ren)皮肤一样具有柔韧性；在保证测量准确度(du)和灵(ling)敏度(du)的同时(shi)，能(neng)够实现任意弯曲变形、有弹性；能(neng)够覆盖在非规(gui)则、非平面的机器(qi)人(ren)本体表面，可(ke)扩展，分辨(bian)率高。
资料来源：《面向智(zhi)能(neng)感知的电子皮肤系(xi)统的设计及(ji)其关键特性研究》魏潇(xiao)
柔性触觉传感器(qi)市场规(gui)模正在快速增长(chang)，当前以(yi)消费电子和医疗领域为(wei)主。
根据智(zhi)研咨询的数据，中(zhong)国(guo)柔性传感器(qi)行业(ye)市场规(gui)模增长(chang)速度(du)较快，2022年(nian)中(zhong)国(guo)柔性传感器(qi)行业(ye)市场规(gui)模为(wei)21.12亿元，2017-2022年(nian)的CAGR为(wei)20.2%。在2022年(nian)中(zhong)国(guo)柔性传感器(qi)产业(ye)链下游占比(bi)中(zhong)，医药领域占比(bi)为(wei)40.05%，消费电子领域占比(bi)为(wei)36.22%，其他应用领域占比(bi)为(wei)23.73%。
随着科技的不断进步和应用领域的拓展，柔性传感器(qi)在消费电子、医疗保健(jian)、汽车、工业(ye)自动化等领域的广泛应用使全球柔性传感器(qi)行业(ye)市场规(gui)模也(ye)呈(cheng)现逐年(nian)上涨态势，2022年(nian)全球柔性传感器(qi)市场规(gui)模为(wei)19.31亿美(mei)元，需求量为(wei)2.43万个，均价为(wei)7.95美(mei)元/个。
MEMS传感器(qi)已逐渐成为(wei)时(shi)代新的风(feng)口。随着机器(qi)人(ren)产业(ye)智(zhi)能(neng)化的发展，MEMS传感器(qi)适(shi)应更加多(duo)元的应用场景(jing)，具备更复杂的动作信(xin)号采集与控制，极致状况下甚至可(ke)以(yi)使机器(qi)手臂配上有触觉感知的夹爪达(da)到媲美(mei)人(ren)手的灵(ling)活程(cheng)度(du)。
随着机器(qi)人(ren)的智(zhi)能(neng)化程(cheng)度(du)不断提高，其中(zhong)加载的MEMS传感器(qi)将变得越来越多(duo)，据中(zhong)国(guo)电子报数据，由于机器(qi)人(ren)的智(zhi)能(neng)化程(cheng)度(du)不同，传感器(qi)等感知部分约占机器(qi)人(ren)总成本的10%到20%，机器(qi)人(ren)领域有望继消费电子、汽车之后，成为(wei)MEMS传感器(qi)的新兴的主要应用市场。
据Mordor Intelligence数据，MEMS压力传感器(qi)市场规(gui)模估计在2023年(nian)为(wei)23.6亿美(mei)元，预计到2028年(nian)将达(da)到31.9亿美(mei)元，在预测期间（2023-2028年(nian)）以(yi)6.20%的复合年(nian)增长(chang)率增长(chang)。
相关企业(ye)有哪些？
汉威科技是(shi)国(guo)内气体传感器(qi)龙头，产品包括传感器(qi)、智(zhi)能(neng)仪表、智(zhi)慧安全系(xi)统解决方(fang)案、智(zhi)慧环保系(xi)统解决方(fang)案、智(zhi)慧城市系(xi)统解决方(fang)案、公用事业(ye)。其子公司苏州(zhou)能(neng)斯达(da)在拓展柔性微纳传感器(qi)的应用场景(jing)，目前已建立了稳定的纳米敏感材料体系(xi)，掌握了柔性压阻、柔性压电、柔性温湿度(du)、柔性电容四大核心技术。
根据2023年(nian)中(zhong)报，苏州(zhou)能(neng)斯达(da)订单金额不断增加，应用领域不断拓展，柔性微纳传感器(qi)目前已在智(zhi)能(neng)机器(qi)人(ren)领域有明(ming)确的应用，并与小米科技、九号科技、深(shen)圳科易机器(qi)人(ren)等积极开展业(ye)务合作，后续发展空间广阔。2022年(nian)3月，小米长(chang)江产业(ye)基金以(yi)1000万元对公司控股子公司苏州(zhou)能(neng)斯达(da)进行增资，增资后将持有苏州(zhou)能(neng)斯达(da)5.21%的股权(quan)。
弘信(xin)电子子公司瑞浒科技深(shen)耕(geng)压力传感器(qi)领域，在标准电键传感器(qi)、多(duo)键标准传感器(qi)、压力按键定制模块以(yi)及(ji)家电、手机、电子烟、无线耳机和电动牙刷等多(duo)领域取(qu)得了不错成绩。瑞浒科技目前在柔性压力传感器(qi)、压力感应按键、应变薄膜等领域，已形成一定积累，产品开始产业(ye)化落地，未来也(ye)会开展其它品类的传感器(qi)和传感器(qi)相关芯(xin)片的研发。
柯力传感是(shi)国(guo)内应变式传感器(qi)龙头，公司主营业(ye)务为(wei)研制、生产和销售应变式传感器(qi)（其中(zhong)主要为(wei)应变式称重传感器(qi)）、仪表等元器(qi)件，目前是(shi)全球大型钢(gang)制传感器(qi)制造企业(ye)和工业(ye)物联网应用拓展引领者之一。
公司开发了三维力、六维力等多(duo)维力传感器(qi)可(ke)用于机器(qi)手臂运动与工作载荷监测、曲面研磨抛光、加工中(zhong)心精雕加工、医疗设备精密(mi)测控等，目前多(duo)维力系(xi)列产品处于小批量试制阶段。公司市占率多(duo)年(nian)高踞国(guo)内力学传感器(qi)行业(ye)榜首(shou)，随着人(ren)形机器(qi)人(ren)产业(ye)逐渐成熟，六维传感器(qi)在机器(qi)人(ren)场景(jing)的应用有望成为(wei)公司新的增长(chang)点。
苏试试验产品基于石墨烯的柔性应力振(zhen)动传感器(qi)与人(ren)形机器(qi)人(ren)所需的触觉传感器(qi)技术同源，可(ke)直接将产品技术迁移(yi)至触觉传感器(qi)领域，且(qie)公司在传感器(qi)、检测等领域有深(shen)厚的积累和产业(ye)化经验，有望受益于人(ren)形机器(qi)人(ren)的发展。
敏芯(xin)股份是(shi)我国(guo)MEMS传感器(qi)全产业(ye)链发展的企业(ye)，公司以(yi)芯(xin)片设计起家，目前主要产品线包括MEMS声学传感器(qi)、MEMS压力传感器(qi)和MEMS惯性传感器(qi)，是(shi)中(zhong)国(guo)少有的拥(yong)有全产业(ye)链研发与全供应链体系(xi)国(guo)产化的MEMS企业(ye)，并掌握各环节的核心技术工艺，其中(zhong)以(yi)MEMS声学传感器(qi)为(wei)主营产品。公司客户包括华为(wei)、传音、小米、三星、OPPO、联想(xiang)、索尼(ni)、九安医疗、乐(le)心医疗等。
东华测试是(shi)国(guo)内结构力学测试仪器(qi)龙头企业(ye)，公司在持续推进传感器(qi)的研发，产品布局包括加速度(du)传感器(qi)、速度(du)传感器(qi)、位移(yi)传感器(qi)、应变传感器(qi)、转速传感器(qi)、压力传感器(qi)、各类缓变量传感器(qi)等，公司全资子公司江苏东华校(xiao)准覆盖了东华测试全部仪器(qi)及(ji)传感器(qi)产品，并为(wei)客户提供第三方(fang)计量校(xiao)准及(ji)检测服务。
奥迪(di)威是(shi)国(guo)内超声波传感器(qi)龙头企业(ye)，主要产品包括传感器(qi)和执行器(qi)，且(qie)具备传感器(qi)芯(xin)片等核心部件的研发能(neng)力。公司积极布局汽车自动驾(jia)驶、机器(qi)人(ren)、智(zhi)能(neng)触控等领域，压触传感器(qi)正与华硕、VIVO、小米等消费电子头部厂商(shang)合作。
福莱新材是(shi)国(guo)内功能(neng)性涂布复合材料领军者，全资子公司欧仁新材料积极布局电子皮肤领域。浙江欧仁新材料技术总监杨晓明(ming)此前在电子皮肤（柔性传感器(qi)）有众多(duo)专利布局，如(ru)基于柔性压敏元件的拉伸传感器(qi)、一种柔性温度(du)传感器(qi)及(ji)其制备方(fang)法、一种基于改性纸基的高灵(ling)敏度(du)柔性压力传感器(qi)及(ji)其制备方(fang)法。不仅目前公司电子皮肤有技术积累和专人(ren)团队(dui)，后续重心也(ye)在针对应用端进行开发定制化产品。
芯(xin)动联科是(shi)MEMS惯性传感器(qi)龙头，公司主要产品为(wei)高性能(neng)MEMS惯性传感器(qi)，包括MEMS陀螺仪和MEMS加速度(du)计，主要应用于高端工业(ye)、高可(ke)靠(kao)领域和无人(ren)系(xi)统等领域，包括无人(ren)驾(jia)驶与无人(ren)机，涵(han)盖5G通信(xin)、工业(ye)4.0、商(shang)业(ye)航天、自动驾(jia)驶、石油勘探、船舶(bo)等。
公司是(shi)我国(guo)较早涉足高性能(neng)MEMS惯性传感器(qi)研发的半导体公司，拥(yong)有多(duo)年(nian)在MEMS领域的设计与工艺开发经验，目前已经掌握高性能(neng)MEMS惯性传感器(qi)的核心技术，高性能(neng)MEMS陀螺仪的核心性能(neng)指标已达(da)到国(guo)际先进水平，是(shi)目前我国(guo)为(wei)数不多(duo)可(ke)稳定量产高性能(neng)MEMS惯性传感器(qi)的企业(ye)。
高华科技是(shi)高可(ke)靠(kao)传感器(qi)标杆龙头，主要从事主营业(ye)务为(wei)高可(ke)靠(kao)性传感器(qi)及(ji)传感器(qi)网络系(xi)统的生产及(ji)销售业(ye)务，主要产品为(wei)各类压力、加速度(du)、温湿度(du)、位移(yi)等传感器(qi)。公司MEMS技术逐步渗透(tou)压力传感器(qi)产业(ye)链全流程(cheng)，并已经具备芯(xin)片自主设计能(neng)力。