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近日，特斯拉创始人埃隆·马斯大发布了旗下人形机器人Optimus的新一代原型机Optimus Gen 2的最新视频，引起了全球科技界的广泛关注。

新一代人形机器人在运动控制性能上有了显著的提升。

值得一提的是，这款机器人灵巧的手部柔性传感器和足部传感器的表现超出了预期。

Optimus-Gen2的手指不仅能够完成拿鸡蛋的精细动作，还加装了指尖触觉力控传感器，使其能够精准地感知握力的大小。

此外，机器人的足部也加装了力传感器，使其在平衡性上有了更加突出的表现。

人形机器人对执行器的精度要求很高，往往带来较大的成本压力。但是Optimus-Gen2通过多传感器的应用和驱动控制算法的优化，成功地弥补了执行器物理精度不足的问题。

特斯拉的Optimus-Gen2人形机器人通过先进的传感器技术和驱控算法的优化，实现了高性能和成本效益的平衡，传感器在Optimus机器人中的重要性逐渐凸显。

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资料来源：特斯拉发布会

人形机器人传感器行业概览

人形机器人是一种旨在模仿人类行走、语音和图像识别能力的先进系统，其构建涉及了众多复杂技术。

传感器在人形机器人中不仅实现了基本的感知功能，还是实现高级功能和优化性能的关键因素。

传感器是一种能够检测并响应各种刺激的装置，其结构包括敏感元件、转换元件以及基本的转换电路。其核心功能是将被测信息转化为电信号或其他易于处理的输出形式。

在机器人技术中，传感器可根据其用途分为两大类：内部传感器和外部传感器。

内部传感器主要用于监测机器人的内部状态，如位置、速度和加速度等，而外部传感器则专注于捕捉机器人外部环境的信息，例如距离、声音、光线和触觉等。

对于人形机器人而言，规划、控制和感测是其三大基础要素。

感测部分对传感器的要求尤为严格。在保持平衡和方向感知方面，人类依赖内耳中的耳石和半圆形耳道，而机器人则需要借助加速度计来测量加速度，倾斜传感器来测量其倾斜角度。

机器人需要在手脚等关键部位安装力传感器，以测量与环境的接触力；而位置传感器能够指示机器人的实际位置。

触觉传感器则能提供关于机器人与其他物体之间传递的力和扭矩的详细信息。

视觉传感器通常使用CCD相机，使机器人能够捕捉和分析图像信息。

特斯拉推出的人形机器人具有28个自由度，包括直线和旋转执行器，这还没有考虑到手部和头部所需的传感器数量。

在人形机器人中，主要包括五大传感器：力/力矩传感器、IMU（惯性测量单元）、视觉传感器、触觉传感器和编码器。

这些传感器能够实时、精确地捕捉机器人在三维空间中的位置和姿态信息，以及与环境互动的各种力量信息。

对于导航、路径规划、避障、自主定位、手臂控制以及稳定性控制等应用来说，这些数据都是不可或缺的。

人形机器人传感器展示分布：

资料来源：百度

六维力矩传感器

从当前市场上的人形机器人产品来看，力传感器在机器人的各个关节中发挥着重要的作用。

在人形机器人的设计中，六维力矩传感器尤其重要，主要用于对柔顺控制要求高的手腕和脚踝部位。

六维力矩传感器存在较高的技术壁垒，涉及复杂的设备、工艺和零部件。

为确保六维力传感器的精确性，不仅需要高精度的解耦算法，还需要进行精确的预先标定。这一标定过程同样依赖于专业的设备和工艺。

六维力传感器图示：

资料来源：公开资料

六维力矩传感器除了广泛应用于机器人行业，还在汽车、航空航天、生物力学等领域发挥着重要作用。

据相关市场研究预测，2022年至2027年期间，中国市场六维力/力矩传感器的销量将从8360套激增至84000套，年均增长率超过60%。相应地市场规模也将从2.39亿元跃升至超过15亿元，年均增速超过45%。

全球市场格局来看，由于六维力传感器高技术壁垒，因此具备批量生产能力的厂商数量有限，目前市场主要由欧美及日韩厂商主导。

海外主要的传感器制造商包括ATI、Bota、Kistler等，机器人末端工具生产商则包括OnRobot、Robotiq等。

高工机器人（GGII）数据显示，2022年中国市场六维力/力矩传感器销量达到4840套，同比增长62.58%。预计2023年销量有望突破6700套，同比增速约40%。

尽管市场基数仍然偏小，尚未形成明显的规模效应，但随着新进入者的增加以及下游细分市场认知的提升，六维力传感器市场有望迎来高速增长期。

国内主要布局厂商包括宇立仪器、柯力传感、坤维科技（瀚川智能入股）、鑫精诚、海伯森（汉宇集团参股）、蓝点触控、神源生、瑞尔特等。

惯性传感器（IMU）

惯性传感器（IMU）是一种能够将物体的加速度、位置和姿态转换为电信号的器件，其核心组件包括加速度计、陀螺仪和磁力计。

在机器人技术中，IMU作为位觉感受器发挥着至关重要的作用。

IMU在人形机器人中的应用不仅限于定位和导航，还能够协助监测机器人的状态信息和维持其姿态平衡。

通过与摄像头、力传感器等多传感器进行数据融合，IMU所采集的加速度和角速度等惯性信息可以推测出人形机器人的实时位置和运动轨迹，进而实现精确定位导航，并帮助机器人维持身体平衡。

IMU通常被安装在人形机器人的关键部位，如骨盆、胸腔、灵巧手和足部等。

众多知名的人形机器人品牌产品中都集成了IMU方案。例如，UCLA ARTEMIS安装的战术级IMU注重高性能，而波士顿动力的Atlas和小米的CyberOne等产品则与超声波传感器、ToF传感器、激光雷达等其他部件实现功能互补，提升机器人的整体性能。

高性能惯性传感器的技术壁垒较高。全球市场中，IMU惯性测量单元的头部厂商主要包括博世、ST、TDK等公司。国内企业在这一领域的发展正在加速，敏芯股份和芯动联科等公司已经在MEMS惯性传感器技术上取得突破。

视觉传感器

3D视觉传感器主要由深度引擎芯片、光学成像模组、激光投影模组以及其他电子器件、结构件等构成。光学成像模组的核心部件包括感光芯片、成像镜头、滤光片等核心元器件；中游基于深度引擎算法结合应用进行各类3D视觉传感器方案设计的3D视觉感知方案商。下游根据终端的各类应用场景开发各类应用算法的应用算法方案。

随着人形机器人的量产以及视觉传感器的进一步降低成本，预计到2030年，全球人形机器人视觉传感器的市场空间将达到82亿元。

国内厂商中以海康威视、大恒科技、天准科技、奥普特为代表的本土机器视觉企业在核心零部件技术和独立软件算法等领域进行了大力投入。

触觉传感器

触觉传感器在人形机器人技术中至关重要。

触觉传感器经历了从单一触觉传感器到综合触觉传感器、柔性触觉传感器，再到触觉反馈再现和情感交流等多次重要迭代。

PVDF（压电高分子材料）传感器具有压电系数高、性能稳定、质地柔软以及电压响应范围宽的特点，使其非常适合应用于人形机器人的指尖。当PVDF材料发生弯曲变形时，能够产生电压信号，从而实现对触觉的精准感知。

触觉传感器的作用不仅仅局限于人形机器人手部感知。

作为视觉感知的重要补充，触觉传感器还能帮助机器人更全面地理解周围环境，广泛应用于机器人的各个关节、柔性皮肤、智能座舱以及可穿戴设备等多个场景。

根据VMR的测算，2021年全球触觉传感器市场的规模已经超过112.5亿美元，并且预计到2028年将达到260.8亿美元，实现年均12.8%的快速增长。

触觉传感器原理：

国内主要布局厂商包括柯力传感（指尖触觉）、汉威科技（柔性传感）、东华测试、华依科技、康斯特、敏芯股份（关节力矩和平衡）。

编码器

编码器是一种用于检测旋转角度和直线位移的传感器。

根据检测原理的不同，编码器主要分为光电编码器、磁性编码器、电感式编码器和电容式编码器。而在刻度方法和信号输出形式上，编码器又可以被分类为增量式、绝对式以及混合式三种。

在人形机器人的设计中，编码器的需求量很大。一般而言，每个旋转关节都需要配置2个编码器，人形机器人的旋转关节部分总共就需要28个编码器。

同时，每个线性关节和灵巧手也都需要至少1个编码器，分别对应需要14和12个，合计预计单个人形机器人需要使用约54个编码器。这种大量的编码器配置，确保了人形机器人在运动过程中的精确控制和稳定性。

编码器市场目前呈现出较高的技术壁垒，主要由国外厂商主导。

国产编码器在精度和综合性能方面与进口产品相比仍存在一定差距，我国中高端编码器市场主要被海外企业所占据。

2022年国内编码器市场中，多摩川和海德汉两家海外企业合计占据了42%的市场份额。国内头部厂商禹衡光学（奥普光电控股子公司）排名第三，占据8%的市场份额。

禹衡光学是国内编码器领域的领军企业，打破了海外厂商的垄断，光栅编码器产品已顺利导入华中数控、广数、科德数控等机床企业并与沈阳新松机器人展开合作，代表性的JFT系列绝对式光栅尺产品已到达国际同类产品领先水平，最高分辨力高达2.5nm。#机器人##人形机器人##文章首发挑战赛##财经新势力##科技##财经##工业机器人#

2022年国内编码器市占率情况：

资料来源：MIR、扫商证券、行行查

结语

当前，人形机器人市场正处于快速增长阶段，对传感器的需求也在不断增加。感知层的传感器技术作为连接软件与硬件的桥梁，在智能化升级中扮演着至关重要的角色。传感器在人形机器人中的应用广泛，涉及力感知、状态感知、视觉感知和位置感知等多个领域。

国内厂商经过长期的技术积累，已经在这些领域取得了重要突破，并布局了一系列具有自主知识产权的传感器产品，有望抓住人形机器人发展的广阔机遇，加速实现国产替代。

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