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柔性触觉传感器,人形机器人时代大放异彩
金融民工1990
长线持有
2023-12-14 21:54:59

会议要点

1. 柔性触觉传感升级 机器人更灵巧

柔性触觉传感器技术提升:新一代人形机器人在自由度、响应速度和精度方面相比以前有显著提升,特别是手指的触觉传感器能完成复杂动作如拿鸡蛋。

机器人性能进步:机器人行走速度提升30%,体重减轻10公斤,颈部自由度提升,整合了电子元件和线束,表现出实用性和设计的整合性。

投资潜力分析:随着技术的进步,人形机器人的灵活性、精确性和集成度提高,表明该领域技术进步快速,潜在的投资价值增加。

2. 柔性触觉传感器赋能机器人

柔性触觉传感器作为力传感器的一个子类,接近人体皮肤功能,关键于人形机器人的智能化和环境交互。

触觉传感器具备仿生柔韧性、高测量准确度与灵敏度、以及良好的可拓展性和高分辨率,适应非规则非平面形状,对机器人技术发展至关重要。

触觉传感器类型众多,如电容式、压阻式等,不同类型有不同的优缺点和适用场景,电容式传感器灵敏度高但体积较大且噪声敏感。

3. 柔性触觉传感技术及市场展望

柔性触觉传感器的关键技术:涉及高要求的功能敏感材料如有机聚合物、碳纳米管、石墨烯等,及其加工工艺,我国在这块有提升空间。

产业趋势和挑战:向高密度大阵列传感器发展,注重功能复合性和成本降低,技术瓶颈尚待解决。

市场潜力:根据第三方数据,全球柔性触觉传感器市场从2018年到2022年实现翻倍,预计2022到2030年保持约17-18%的复合增速,市场空间巨大,国内企业有显著增长潜力。

4. 高端传感器布局与未来机遇

柔性触觉传感器及其相关企业:汉威科技子公司开发的柔性传感器已在医疗器械上国产替代;苏试试验集团子公司研发的石墨烯柔性传感器具有未来潜力。

传感器技术进展与挑战:六维力传感器测量精度高,应用前景广阔,但面临解耦算法、应变片贴装技术、校准标定等壁垒。

六维力传感器市场及应用:国外如ATI公司的传感器产品价格昂贵(8-10万元),国内企业如坤维、语力等价格具有优势(约2-3万元),且在航天军工和医疗领域应用广泛。

5. 柔性传感器引领机器人投资

传感器领域:与特斯拉更新相关,传感器重要性提升,编码器作为位置传感器的一种,国内龙头企业奥普光电,技术不同路线多样化。

人形机器人前景:除传感器外,国产人形机器人整机企业及相关轻量化材料领域有较大机会。

潜在投资标的:新型装备、五洲新春、中盐股份等多家公司可能成为人形机器人领域相关的投资标的。

会议实录

1. 柔性触觉传感升级 机器人更灵巧

尊敬的各位领导,大家好。我是开源机械团队的分析师熊阳卫。今天,我将向大家汇报关于柔性触觉传感器在人形机器人方面的一些研究观点。在上周末,我们撰写了一份关于柔性触觉传感器的周报。恰巧,昨天特斯拉发布了一段视频,展示了其最新一代的人形机器人,并且性能有了显著提升。现在,我想简要分享一些关键的亮点。

 

首先,最突出的特点之一是灵巧手的改进,它的自由度获得了显著提升。视频中展示的机器人手部,不仅手指自由度提高,且新增了手指触觉传感器,它们响应迅速,精度高,并能够完成用两指捏拿鸡蛋这样的复杂动作。

 

其次,足部使用了新的力量传感器,增强了机器人的平衡和移动能力。接着,机器人的行走速度也提升了30%,这一改进对于提高其效率和应用范围来说意义重大。第四个亮点是机器人本身重量减轻了10公斤,对于功率与效率比来说,这是一个值得注意的状态显著提升。此外,机器人的颈部自由度也得到了增强,现在使用了双自由度关节,使其头部运动更加贴近真实的颈部运动。

 

最后一个改进是对执行器的升级,集成了电子元件和线束。通过视频我们注意到,与之前相比,特斯拉的机器人内部线路不再外露,而是实现了高度集成,这对于提高机械的耐用性和美观性有显著效果。

 

2. 柔性触觉传感器赋能机器人

第七个点是,新机器人显示出了卓越的平衡性与灵活性,能够完成深蹲、跳舞等一系列动作。这款新机器人的发布,对于行业来说,是一个重大的事件,我们可以看到机器人技术已经取得了明显的进步。我们认为,在提及的几点中,最值得关注的变化是传感器的使用,尤其是触觉传感器,它恰恰与我们本次讨论的主题——柔性触觉传感器——密切相关。

 

首先,柔性触觉传感器可以被归纳在更大的力传感器范畴中。与传统的刚性传感器相对,柔性传感器可以更贴近人体皮肤的性质,因此也被称作电子皮肤。它的功能能让机器人与环境接触、感知外部信息,从而更好地与人类和外部环境进行交互,这是人形机器人智能化的必要环节。

 

触觉传感器与压力传感器有所不同,因为它涉及的是多种不同的感觉,包括仿生技术,它能模仿压力、滑动、粗糙度、温度、痛觉等多种复合特性。相较于压力传感器,它测量的物理量也有所不同。我们所说的柔性触觉传感器具备三个特点:第一,其仿生性强,具有类似人体皮肤的柔韧性;第二,能够在保证测量准确度和灵敏度的同时任意弯曲,并具备弹性;第三,能够适用于机器人非规则非平面的部分,具有高拓展性和分辨率。

 

柔性触觉传感器的概念是随着机器人技术的发展而兴起的。其产品研究从上世纪70年代起就在国外开始,中国则在80年代的863计划中将触觉传感器列为研究方向之一。起初,触觉传感器主要测量单一的压力信息,随后其功能和参数在不断迭代。

 

触觉传感器依据基本的使用原理可以分为多种类型,包括压阻式、压电式、电容式、光电式、磁敏式和超声波式等。在常见的应用中,电容式和压阻式较为普遍。不同原理的传感器都有其优缺点和适用场景。以电容式触觉传感器为例,它的优点是灵敏度高,动态范围大,但缺点在于体积较大,可能产生误差,且对噪声敏感,容易受到干扰。

 

3. 柔性触觉传感技术及市场展望

电容式传感器有其特点,如快速的频率响应和较低的干扰,但是它的可重复性较差,功耗较高,制造工艺可能更为复杂。压阻式传感器与之相似,各种产品类型的特点不尽相同。

 

柔性触觉传感器的关键技术包括材料和加工工艺。功能敏感材料方面要求尤其高,涉及有机聚合物、碳纳米管、石墨烯等,以及基底材料如PET等。

 

柔性传感器是跨学科的产物,结合了材料学、物理学到加工工艺。中国在这些关键材料和加工技术方面还存在不足,尤其是前者。加工工艺方面从早期刚性的MEMS技术逐步过渡到柔性的方法,新工艺如3D打印和电子印刷的出现促使高密度大阵列触觉传感器的实现。这是当前行业的一个重要趋势。

 

未来发展不仅要关注大阵列技术,还要实现功能复合性和成本降低。国内在多功能柔性触觉传感技术方面面临瓶颈。

 

机器人是未来最大的应用领域,此外,医疗器械、消费电子、航空航天等领域也有广泛潜在应用。

 

按照第三方数据,2022年全球柔性触觉传感器市场规模约为15亿美元,自2018年起实现翻倍增长,年复合增长率约为20%。预计从2022年到2030年,市场将保持约17%-18%的年复合增长率,进而达到超过50亿美元。

 

当前,柔性传感器市场主要由北美和欧洲公司主导。不过,我相信国内企业拥有巨大的发展潜力。

 

4. 高端传感器布局与未来机遇

在关于柔性触觉传感器的投资交流会上,我们对相关标的和上市公司做了一番梳理。在机械领域,汉威科技的子公司已经在柔性传感器产品上取得进展,该产品已经在医疗器械中实现国产替代。此外,该公司还与小米和九号等企业在机器人领域开展了合作。苏州试验旗下子公司在2016和2017年,研发了基于石墨烯的柔性应力振动传感器。尽管相关子公司规模尚未壮大,但柔性传感器是未来发展的方向。这是对柔性触觉传感器领域的一个概述。

 

在传感器方面的技术讲解中,通常提到的是力传感器,而六维力传感器因应用范围广、技术难度较高而引人关注。六维力传感器测量包括XYZ三个轴的力和XYZ三个轴的扭矩,共六个维度的参数。常见的实现原理是使用应变片,其中一个六维力传感器上可能需要粘贴二十到四十片应变片。通过参数解耦就可以得到六个维度对应的数值,这一过程像解方程一样。因此,六维力传感器在解耦算法、结构设计和校准标定上,都存在较高的技术壁垒。安装工艺对精度要求极高,目前仍需人工操作。而在标定和校准环节,依赖的是进口设备,其软件和结构设计相较于以前更加复杂,处理的信号波形非线性,构成了另一个技术挑战。

 

提及柔性触觉传感器,主要应用在手指上;而六维力传感器则适用于关节,尤其是手腕和脚腕部位。实现复杂的手部动作时,通常在手腕上安装六维扭矩传感器。脚腕的配置则根据不同场景决定。目前六维力传感器单价非常高,国外品牌如ATI的产品价格高达八到十万元,而国内厂商如坤维、语力、蓝点、海伯森等,尽管非上市公司,但产品发展迅速,价格较国外有一定优势,约为两三万元。

 

在六维力传感器研发和应用方面,动力测试因擅长力学测量及具备传感器使用和信号解读技术背景,近期在互动平台上透露了六维力传感器的研发进程,显示了其强大技术基础。颗粒裁判等企业也在进行相关研发布局。

 

不仅如此,机器人领域还可能采用惯性传感器,主要用于维持平衡,其中包括华谊科技在内的企业已经在生产相关产品。总的来说,未来机器人将广泛使用触觉、力传感和惯性感应等各类传感器技术,形成这个领域的发展趋势。

 

5. 柔性传感器引领机器人投资

在更为广泛的范畴内,编码器亦可以被视为一种传感器。编码器主要用于定位电机旋转的位置,事实上也兼具位置传感器的功能。国内在编码器领域表现出色的公司包括普光电、合川科技、雷赛智能等,它们在相关产品和布局上已有所作为。特别需要指出的是,奥普光电在国内应算是编码器的龙头企业。编码器还分为多种技术路线,例如光边磁变,但这里不再详细展开。若各位领导感兴趣,我们可以私下深入交流。

 

至此,我今日的分享基本告一段落。我想强调的重点是,特斯拉最近的更新显著提升了传感器重要性。就我们刚刚提到的方向而言,若探讨人形机器人的整体发展,除了传感器,国产人形机器人整机制造和轻量化材料等领域,我们认为未来也极具潜力。其中,新型装备、五洲新春、中盐股份、中大立德动画测控、风调科技、汉威科技、不可股份、雷赛智能、玉环数控等公司,都是机器人领域的相关标的。

 

特斯拉最近的更新显著提升了传感器的重要性国内编码器的龙头企业是奥普光电人形机器人的整体发展,包括传感器和轻量化材料等,预计未来将展现较大潜力


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