随着机器人技术的快速发展,机器人应用越来越聚焦于机器人与环境发生交互的场景,如打磨抛光、柔顺装配、医疗康复等,对机器人柔顺控制的需求快速增长。
力传感器是机器人主动柔顺控制必不可少的部件,在协作机器人关节以及人形机器人关节、足部和灵巧手中均有广泛应用,直接影响着机器人的力控制性能。在特斯拉人形机器人中,力传感器在旋转关节和直线关节中各有一个。
此外,力传感器在人形机器人的灵巧手中也有广泛应用前景,特斯拉人形机器人的灵巧手通过空心杯电机驱动,尚未接入力传感器,但通过腱绳驱动的灵巧手,将会加入多个力传感器,代表厂商如NASA等。另外,力矩和位置结合,机器人可以实现更加柔性的控制。
在机器人力控解决方案中,六维力传感器是目前应用最广泛力觉传感器。
据贝哲斯统计数据,2022年全球力矩传感器市场规模达到约572亿元,2028年有望达到805亿元,复合增速约为5.84%。
中国市场六维力/力矩传感器机器人行业销量同比增62.58%,市场规模同比增长54.35%。
虽然目前六维力和力矩传感器市场基数依然偏小,尚未形成明显规模效应,但随着人形机器人的逐步放量,力传感器和六维力矩传感器有望快速增长。
力传感器行业概览
机器人力控方案主要分为三类:电流环力控、被动力控(弹性体)和力矩/力传感器力控。在各类方案中,力传感器力控被认为是在人形、协作机器人上应用的最佳方案。
在进行机器人操作时,施加力度的精准控制往往非常困难,因此需要使用力矩/力传感器进行监测与调节。力矩/力传感器可以感知外部力的变化,并根据这些变化做出相应的调整,以使机器人能够准确执行任务。
力觉传感器是一种能够感知并度量力的传感器,它通常由感应元件和转换元件组成。这种传感器被广泛应用于协作机器人打磨、抛光碰撞检测等领域,用于监测、检测和记录施加在其上的线性力和旋转力。
根据测量维度的不同,力觉传感器可以被分为一至六维力传感器。在这些传感器中,六维力传感器,也叫作六维力/力矩传感器、六轴力传感器、F/T传感器,能够同时测量中性坐标系(OXYZ)内的三个力(FX、FY、FZ)和三个力矩(MX、MY、MZ)。因此,它能够提供最为全面精准的力觉信息,被认为是维度最高的力觉传感器。
力矩传感器按照力的维度分类:
资料来源:海伯森
六维力矩传感器的单价较为昂贵,根据e-motion supply和爱采购网站的数据,例如ATI机器人所使用的mini45、axia80 m8、nano43等型号的进口价格均超过了3万元人民币,而大型传感器omega191的进口价格更是高达10.5万元。
目前,六维力传感器主要应用于多个领域,包括但不限于汽车行业的碰撞测试、轮毂、座椅等零部件测试,以及航空航天、生物力学、医疗领域、科研实验、机器人与自动化等。
力传感器应用广泛:
资料来源:力准传感官网
力传感器市场格局和龙头梳理
高性能六维传感器价格普遍较高,从几千到上万不等,凸显了其高价值。由于技术壁垒较高,国内能够实现量产的企业较少,而美日企业则具有明显的先发优势。
在日韩地区,Robotous、Sintokogio、WACOH-TECH等是典型的六维传感器品牌;而在欧美地区,ATI、OnRobot、SCHUNK和霍尼韦尔等则是该领域的知名企业。
国产六维力传感器与外资主流传感器在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距。
国内参与者主要是鑫精诚、宇立仪器(安川电机、KUKA、ABB的力传感器合作商)、坤维科技(瀚川智能参股,供货给节卡、遨博、睿尔曼、大族等国内协作机器人厂商),鑫精诚、海伯森、蓝点触控、昊志机电、神源生智能、瑞尔特测 控等,柯力传感、汉威科技、中航电测等在一维、二维力传感器领域具有领先地位。
整体来看,近年来力传感器需求受机器人放量而快速增长,从事一维力(力矩)传感器的厂商众多,具备六维力传感器生产能力的厂商完全具备一维力传感器生产能力。
2022年国内六维力传感器市场竞争格局:
资料来源:GGII
结语
随着机器人技术的不断发展,力矩传感器已成为机器人应用中不可或缺的一部分。未来,随着机器人应用场景的不断拓展,多维力矩/力传感器的市场需求将会持续增加,行业空间广阔。