俺去l啦 从航天到东谈主形机器东谈主：六维力传感器的百亿价值

文 | 昆季成本俺去l啦

2012 年 5 月，海外空间站两名宇航员主管空间站外 18 米长大型机械臂收拢好意思国 SpaceX 公司研发的无东谈主驾驶飞船—" Dragon "，完毕了二者对接。在此机械臂的结尾安装的等于好意思国航空航天局 NASA 干与巨资研制的六维力传感器。

彼时，六维力传感器如故一种体积浩大、造价不菲、仅限于顶端军工和航天鸿沟的专科开辟。跟着制造工艺的精进和微电子技巧的飞跃，这种也曾"难望项背"的技巧正迅速袖珍化、低成本化，从航天鸿沟走向工业自动化，并在最近几年，悄然进入了东谈主形机器东谈主的中枢感知系统。

为什么一种源自航天鸿沟的高精度传感器会成为东谈主形机器东谈主的裂缝组件？谜底在于东谈主机交互的实验。

东谈主类在与物理寰宇互动时，依靠的不仅是视觉和听觉，更裂缝的是触觉反馈。当咱们提起一个鸡蛋，既不会捏碎它，也不会让它滑落，这种雅致的力控身手源于咱们手指结尾无数的触觉感受器。

东谈主形机器东谈主要完毕雷同东谈主类的奢睿操作，就必须具备相似精准的力觉感知身手。六维力传感器巧合能够提供这种全地方的力和力矩信息，让机器东谈主"知谈"它对物体施加了多大的力，以及这些力在空间中的分散情状。这种身手关于机器东谈主实行雅致操作、保管均衡行走、以及安全地与东谈主类互动至关焦躁。

近两年来，跟着繁密东谈主形机器东谈主姿首接踵亮相，这个蓝本小众的传感器品类倏得成为投资界的蔼然焦点。一方面是因为六维力传感器在东谈主形机器东谈主成本结构中占比高达 19%（把柄特斯拉机器东谈主预估），是单一价值最高的中枢零部件之一；另一方面，这一鸿沟尚未形周密齐操纵形态，国产化替代空间巨大，市集预期也从面前的几亿元限度迅速扩展至异日可能的百亿量级。

这种从航天科技到工业应用，再到东谈主形机器东谈主裂缝组件的技巧演变，正代表着一类高精尖传感技巧的典型发展旅途。在这个"小而好意思"的细分赛谈背后，约略蕴涵着下一个传感器行业的巨大机遇。

牛顿力学的当代"测量者"

六维力传感器，顾名念念义，是一种能够测量六个维度力学量的高精度传感器。从物理学角度看，任何作用于物体的力齐不错明白为三个正交地方的力重量（Fx、Fy、Fz）和围绕这三个轴的扭矩重量（Mx、My、Mz）。遍及力传感器不时只可测量单一地方的力，而六维力传感器则能同期监测这六个维度的物理量，不管力的地方怎样变化或施力点在那儿，齐能精准捕捉。

这种全维度测量身手，使六维力传感器成为机器东谈主与物理寰宇交互的"神经末梢"。当机器东谈主抓取物体时，它需要知谈手指施加了多大的力，以及这个力在各个地方的分散，六维力传感器恰是提供这种雅致感知的裂缝开辟。

在评估六维力传感器的性能时，有几个裂缝筹备需要相当蔼然。起先是串扰，这一筹备用来估量多维力传感器各测量地方间的耦合影响，不错平直反应测量过失水平。联想情况下，一个地方的力不应该影响其他地方的测量后果，但实验工程中总会存在一定程度的串扰。

精度是另一个核神思划，它估量测量后果之间的重叠性。精度标定方法不时是在疏通环境条目下，在额定载荷范围内，屡次多地方纠合加载疏通一组载荷，策画得到的传感器测量值的规范差，并除以量程。精度越高，意味着传感器在疏通条目下屡次测量的后果越接近。

准度则估量测量后果与表面真值的偏离程度。准度标定方法是对传感器进行屡次多地方纠合加载，策画得到的传感器测量值与所加载荷表面真值之间的规范偏差，并除以量程。准度反应了传感器测量值的全齐准确性，是评价六维力传感器举座性能的焦躁筹备。

跟着应用需求的多元化，六维力传感器的技巧阶梯也呈现千般化发展。当今，市集上主要有三种技巧阶梯：应变片式传感器、光学式传感器以及压电 / 电容式传感器。

应变片式传感器是面前最主流的技巧阶梯，又可细分为硅应变和金属箔两种类型。其使命旨趣是当弹性体受力变形时，粘贴在其名义的应变片电阻值会发生变化，通过尽心假想的电路，可将这种微细的电阻变化颐养为可测量的电信号。这种传感器的上风在于精度高（精度可达 0.01N），技巧老练，频响本性好，测量范围广。当今市集上的主要代表企业包括 ATI、宇立仪器、坤维科技、蓝点触控等。

光学式传感器则运用光栅或光纤在受力时发生的微细形变，引起光信号的变化，再颐养为电信号输出。这类传感器的最大上风是可靠性高，抗电磁搅扰身手强，可在特殊环境（如强电磁场）中使命。在这一鸿沟，OnRobot、华力创科学等公司有较深的技巧集会。

压电 / 电容式传感器中，压电式运用材料在受力时产生电荷的本性进行测量；电容式则是通过极板距离变化导致电容变化来测量力。这类传感器的本性是灵敏度高，分辨率高，结构相对苟简，环境稳当性较强。Robotiq、Kistler 等公司在这一鸿沟有所配置。

每种技巧阶梯各有其优劣，把柄应用场景的不同，遴荐也有所各异。在东谈主形机器东谈主鸿沟，应变片式（相当是硅应变片）传感器因其抽象性能泄漏卓越，成为面前主流遴荐。

但六维力传感器的制造工艺远比东谈主们想象的复杂，相当是高精度的应变片式传感器，其制造过程号称精密仪器鸿沟的"匠心工艺"。

以面前主流的应变片式传感器为例，其材料组件包括弹性体、应变片、电路板、粘接剂和外壳等，通过几十谈工序（分为选料、贴片俺去l啦、温漂和零漂的适度、标定等四大措施）制作而成及格产物。中游坐褥制造中主要措施包括弹性体加工，打磨、划线，贴片，固化、老化，组桥走线，零点赔偿、零点温度赔偿，焊线，初测，封胶、焊封，重测等多个经由。其中对最终产物质能影响较大的工艺经由包括弹性体的制造与加工、应变片的贴片、检测等措施。

这种复杂的工艺经由，导致高精度六维力传感器的制造周期长、成本高、良品率低，亦然该行业长期以来保持高门槛的焦躁原因。一个高精度六维力传感器的价钱可从数千元到数万元不等，远高于遍及传感器。

如今，六维力传感器的应用场景正资格着从专科测试到平凡工业应用的扩展。当今，工业自动化鸿沟占据主导地位，约 77.1% 的市集份额。在这一鸿沟，六维力传感器主要用于精密安设（如发动机安设、电子产物拼装等需要精准适度力的场景）、精密加工（如抛光、打磨等对力的适度要求高的工艺过程）以及质地适度（测试产物的机械性能、力学本性等）。

汽车测试鸿沟约占 7.6% 的市集份额，应用包括安全开辟测试（如碰撞测试、安全带测试等）、车身刚度测试（评估车身结构强度）以及驾驶动态测试（如地方盘力反馈等测试）。

东谈主形机器东谈主鸿沟天然当今仅占约 1.6% 的市集份额，但增长最为迅猛。在这一鸿沟，六维力传感器主要用于手部操作（培植抓取、安设等雅致操作的身手）、行走均衡（监测足部讲和力，保管踏实行走）以及东谈主机交互（确保与东谈主交互过程中的安全性）（后文还会具体分析）。

跟着东谈主形机器东谈主对成本适度的要求提高，如安在保持性能的同期缩小制形成本，成为行业濒临的焦躁挑战。当今，国内一些企业已初始探索自动化贴片、规范化假想等地方，以期完毕批量坐褥和成本着落。因此，行为完毕东谈主机联接和雅致操作的裂缝组件，六维力传感器的焦躁性日益突显，异日有望成为该行业增长最快的应用地方。

技巧阶梯之争：应用场景决定最终胜者

在六维力传感器鸿沟，不同的应用场景也催生了多种技巧阶梯并行发展的局面。当今，力觉感知技巧主要存在三条竞争阶梯，各有上风，也各有局限，其适用性很大程度上取决于应用需求的具体本性。

硬件传感平直测量：精度至上的传统遴荐

以六维力传感器为中枢的平直测量有筹备，是当今最传统亦然最精准的技巧阶梯。这种有筹备的中枢是在机器东谈主的裂缝讲和点 ( 如手腕、足踝 ) 安装专用的六维力传感器硬件，平直测量力和力矩数据。以特斯拉机器东谈主为例，其手腕和脚踝部位齐安装了高精度六维力传感器，在成本结构中占据十分高的比例。

这种有筹备的上风在于测量精度高 ( 可达 0.01N ) 、反应速率快、数据可靠性强，能够捕捉微细的力变化，符合需要雅致力适度的场景。相关词，其颓势也明显：硬件成本高、安装复杂、对环境明锐，且加多了机械结构的复杂性和重量。

海外最初企业 ATI 的高端六维力传感器，单价可高达数万好意思元，尽管如斯，在对精度要求极高的高端应用中，这种有筹备仍是首选。我国的坤维科技、宇立仪器等企业，也在这沿途线上取得了长足进取，产物精度已接近海外水平，且价钱上风明显。

电流环力控：节约而不苟简的折中有筹备

电流环力控是一种不依赖独特力传感器的曲折测量有筹备。这种技巧运用电机适度系统中的电流变化来估算外部施加的力和力矩，通过确立电机电流与输出力矩之间的数学模子，完毕力的曲折测量和适度。

电流环力控最大的上风是简化了硬件结构、缩小了成本，同期幸免了传感器可能带来的故障点。相关词，其精度不时低于平直测量有筹备，对模子精准性和环境条目的依赖也较高。在袖珍机器东谈主和铺张级产物中，这种有筹备因其成本效益而受到爱好。波士顿能源的早期四足机器东谈主 Spot 就收受了这种技巧阶梯。

跟着算法的进取，电流环力控的精度正在束缚提高。一些翻新式企业初始将基础的电流环力控与机器学习算法相结合，通过无数绽开数据的考试，权贵培植了力估算的准确性，使这一技巧阶梯在某些应用场景中的性能接近专用传感器有筹备。

纯视觉 + 算法：异日可期的颠覆性地方

最具颠覆性的技巧阶梯是完全依靠视觉传感和先进算法的力觉意象有筹备。这种有筹备不使用任何独特的力传感器，而是通过高速相机捕捉物体变形、位移等视觉信息，再结合物理模子和深度学习算法，意象出作用劲的大小和地方。

这种有筹备的最大上风是硬件成本极低，结构苟简，珍惜便捷。相关词，当今的技巧挑战也相配明显：算法复杂度高、策画资源需求大、精度和及时性与专用传感器比较仍有差距。相当是在复杂环境和高精度需求场景下，纯视觉有筹备的实用性受到松手。

尽管如斯，跟着策画机视觉和 AI 技巧的马上发展，这沿途线正在劝诱越来越多的蔼然和干与。谷歌、Meta 等科技巨头已在这一方朝上进行了无数扣问，其发展速率之快可能会超出传统行业的预期。多模态感知的趋势下，这种有筹备也被视为最具异日感的技巧地方。

在可意象的异日，这三种技巧阶梯将不绝并行发展，不会有单一有筹备完全取代其他。决定它们各自市步地位的裂缝成分包括：

1. 应用场景的精度需求：在航空航天、高端工业机器东谈主等对精度要求极高的场景，平直测量有筹备依然是不二之选；而在铺张级机器东谈主、遍及工业应用中，电流环力控和视觉有筹备可能因成本上风取得更大市集。

2. 成本压力：跟着东谈主形机器东谈主向铺张级市集鼓舞，成本压力将越来越大。要是平直测量有筹备的六维力传感器成本不可快速着落，可能会在某些应用中被替代有筹备挤压。

3. 算法进取速率：AI 算法的进取速率将平直影响视觉 + 算法有筹备的竞争力。要是在异日 2-3 年内，纯算法有筹备能在精度上接近传统传感器，市集形态可能发生根人性变化。

4. 集成化趋势：更可能的发展地方是多种技巧的和会和集成，举例将简化版的力传感器与先进算法结合，在保持一定精度的同期权贵缩小成本。

东谈主形机器东谈主：爆发在即的"卖铲"市集

前文说起，东谈主形机器东谈主鸿沟当今占比天然仅为 1.6%，但增长势头最为迅猛，被普遍视为异日市集增量的主要起头。

具体而言，在手部操作应用中，六维力传感器安装在机器东谈主手腕或手指裂缝处，提供精准的力和力矩反馈。这使得机器东谈主能够实行雅致的抓取、安设等操作，管理易碎物品而不损坏，完毕雷同东谈主手的奢睿性。最新一代的东谈主形机器东谈主如特斯拉 Optimus，每个手腕齐配备了高精度六维力传感器。

暴力强奸

行走均衡是另一个裂缝应用。六维力传感器安装在机器东谈主足部，测量大地副作用劲的大小和分散，为均衡适度算法提供输入。这关于东谈主形机器东谈主在不服整大地行走、爬楼梯等复杂环境中保持踏实至关焦躁。

东谈主机安全交互亦然六维力传感器的焦躁用途。通过及时监测讲和力的大小和地方，机器东谈主不错在与东谈主互动过程中保持安全，幸免有时伤害。这一功能关于工作型东谈主形机器东谈主尤为焦躁。

据特斯拉机器东谈主成本结构分析，六维力传感器占机器东谈主总成本的 19% 独揽，是单一价值最高的中枢零部件之一。跟着东谈主形机器东谈主从实验室走向交易化，展望这一鸿沟的六维力传感器需求将呈现爆发式增长。

把柄睿工业发布的数据，2023 年中国市集六维力传感器出货量为 9，450 套，市集限度约 2.35 亿元，同比增长永诀为 17.4% 和 14.6%。天然面前限度不大，但增长趋势明显加快。

行业预测指出，2027 年将成为市集增速的裂缝拐点，随后进入高速增长期。到 2030 年，六维力传感器的出货量和市集限度有望永诀加多到 119.5 万台和 143.3 亿元，完毕数十倍的增长。

这种增长预期主要基于两个成分：一是东谈主形机器东谈主产业的限度化进度将带动中枢零部件需求；二是技巧进取和限度效应将推动六维力传感器价钱快速着落，进一步扩大市集。

在价钱趋势方面，六维力传感器连年来也呈现明显着落趋势。以 2020 年为基准，平均单价已从约 2.63 万元 / 台着落到 2023 年的约 2.49 万元 / 台。据行业访谈了解，部分用于东谈主形机器东谈主的六维力传感器已降至千元级别，异日有望进一步下探。这种价钱着落趋势，将极翻开释市集后劲，相当是在对成本明锐的铺张级应用鸿沟。

在昆季成本看来，六维力传感器行业呈现出明显的技巧壁垒和限度效应特征，具备以下本性的企业可能具有更高的投资价值：

起先，具备长期力觉技巧集会的企业值得要点蔼然。由于技巧复杂性高，委果掌持中枢技巧的企业不时需要 5-15 年的不时研发集会，这类企业在产物质能、可靠性和翻新身手上时常具有权贵上风。当今市集上的最初企业，如 ATI、宇立仪器、坤维科技等，齐有深厚的技巧千里淀，能够在性能和可靠性方面提供保险。

其次，已完毕限度化量产身手的厂商更具竞争力。六维力传感器的坐褥触及精密机械加工、微电子技巧、高精度标定等多个专科鸿沟，确立踏实、高良品率的量产身手需要无数工艺集会和开辟干与。在东谈主形机器东谈主等市集快速增长的布景下，具备批量坐褥身手的企业将更容易收拢市集机遇。

第三，在东谈主形机器东谈主供应链中已取得先发上风的公司具有计谋价值。东谈主形机器东谈主鸿沟可能成为六维力传感器的最大增量市集，也曾胜仗进入特斯拉、波士顿能源等龙头企业供应链的传感器厂商，有望借助客户成长取得不时发展空间。如近期取得小米、舜宇等投资的坤维科技，已在多家东谈主形机器东谈主企业供应链中占据焦躁位置。

写在临了

六维力传感器行为高端传感开辟，正处于从专科工业应用向东谈主形机器东谈主等新兴鸿沟延迟的裂缝阶段。天然面前市集限度有限，但异日增长后劲巨大，展望 2030 年中国市集将冲破百亿元限度。国产厂商凭借性价比上风和工作响应身手，正徐徐蚕食外资品牌市集份额，但在中枢技妙研讨和品牌影响力方面仍需追逐。

行为早期投资东谈主，昆季成本要点蔼然具有简直量产身手和技巧积淀的企业，同期密切蔼然东谈主形机器东谈主产业进展和技巧阶梯演变。跟着坐褥工艺纠正和限度效应涌现，六维力传感器价钱有望不时着落，进一步推动行业进入良性发展轮回。长期来看，该鸿沟将呈现"应用场景拓展"与"技巧阶梯经管"并行的双重特征，为具备中枢竞争力的企业创造计谋性机遇。

在这个从航天科技走向铺张级应用的高精尖传感器鸿沟，中国企业也曾站在了与海外巨头同台竞技的舞台上。跟着东谈主形机器东谈主时间的到来俺去l啦，这个"小而好意思"的细分鸿沟有望成为机器东谈主产业链中价值增长最为权贵的措施之一，值得投资东谈主办续蔼然。