在機器人的核心元件中，傳感器扮演著至關重要的角色，它是實作力量控制和穩定操作的關鍵。傳感器能夠精確地測量不斷變化的力，其重要性僅次於關鍵模組。
其中，力傳感器在人形機器人的關節和肢體末端發揮著關鍵作用，使機器人能夠感知力學訊號，其成本約占機器人總成本的15%。
在眾多類別的傳感器中，六維力傳感器以其卓越的效能和較大的降本潛力而脫穎而出，成為主流選擇，主要適用於對柔順控制要求更高的手腕和腳踝部位。
目前六維力/力矩傳感器的市場規模相對較小，尚未形成顯著的規模效應，但發展前景十分廣闊。根據GGII的數據，2022年中國六維力/力矩傳感器的銷量達到了8360套，同比增長57.97%。其中，機器人行業的銷量達到了4840套，同比增長了62.58%。預計到2027年，中國六維力/力矩傳感器的銷量有望突破84000套，復合增長率將超過60%，其中機器人行業的銷量有望突破42000套。
隨著人形機器人對傳感器需求的不斷增加，以及多種技術路線的不斷完善、產品價格的下降以及國產化率的提升，六維力傳感器行業有望進入高速增長階段，產業鏈有望迎來巨大的商業機遇和發展空間。
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六維力傳感器：維度最高的力傳感器
與低維度的力傳感器相比，六維力傳感器不僅在技術實作上更具挑戰性，而且在使用過程中也更為復雜。
對於機器人產業鏈的智能化裝配以及其他高精度套用場景來說，具有不可替代的重要性。
六維力扭矩傳感器，也被稱為六軸力傳感器、六分力傳感器（或六分力天平）以及FT傳感器，是一種能夠在施加力和扭矩的同時測量各個軸向力和扭矩的先進器材。其工作原理是透過建立、測量和記錄訊號，將這些訊號作為人機互動中的反饋訊號，從而實作對力和扭矩的精確控制。
在力控牽引過程中，六維力傳感器所測量的力或力矩不僅受到外部作用力或力矩的影響，還與傳感器自身的位置和姿態密切相關。
隨著機械臂的運動，六維力傳感器的姿態也在不斷變化，這導致測量到的力不僅包含了實際的外部輸入力，還可能包含了傳感器的零點偏差、由螺釘緊固產生的力以及傳感器和末端負載的聯合重力、重心偏移等多種因素。
六維力傳感器的獨特之處在於它能夠檢測空間座標系中X、Y、Z三個方向上的力和力矩，從而提供物體在三維空間中完整的力覺資訊。這使得它在需要高精度力控的領域中具有廣泛的套用前景。
此外，根據六維力傳感器感力器件的差異，可以分為應變式（也稱為電阻式）、光學式以及電容/壓電式力矩傳感器。這種傳感器通常由幾個關鍵部件構成，包括彈性體、應變片、電橋、訊號調理器和輸出介面，其中彈性體和應變片是其核心部份。
大多數六維力傳感器采用應變片結構，這種結構不僅精度高，而且測量範圍廣泛。在工作原理上，當有力作用於傳感器時，彈性體會將受到的力和力矩轉化為應變。接著，應變片會檢測到這些應變情況，並透過電橋將應變訊號轉換為電訊號。此後，訊號調理器會對這些電訊號進行進一步處理，最終透過輸出介面輸出。
六維力傳感器具有體積小、結構緊湊、成本低廉等諸多優點。其內部結構精巧，包括外圈法蘭、中心台、浮動梁和應變梁等部件，這些部件共同協作，確保了傳感器的高精度和高可靠性。
六維力傳感器示意圖：
從套用領域來看，六維力矩傳感器在多個領域中有著廣泛的套用，其中最常見的包括拋光、組裝、研磨、質素測試以及機器人輔助手術等。
在這些套用場景中，六維力矩傳感器通常被安裝在機器人與手臂末端工具之間的關鍵位置。透過這樣做，傳感器能夠精確地測量和反饋機器人在執行這些精細操作時所受到的力和力矩，從而確保操作的準確性、穩定性和安全性。
六維力傳感器市場競爭格局和龍頭梳理
從全球市場格局來看，當前國內外六維力傳感器發展差距較大，主要原因在於其制造過程中的技術難度較高。
六維力/力矩傳感器的技術開發和工藝成本之間的平衡難以達成，應變片材料的配方也較為復雜，同時如何將應變片精確地貼合到彈性體上也是一大技術挑戰。
目前，六維力傳感器生產商的第一梯隊仍以國外廠商為主，如美國的Vishay、德國的HBM和日本的NMB等，這些廠商在量產數量和技術水平上均處於領先地位。
國內廠商在六維力傳感器的部份細分市場中已經取得了較大進展，且新的參與者也在不斷湧現。由於該行業技術壁壘較高，真正具備大規模供應能力的廠商仍然相對有限。
產業鏈上下遊主要布局廠商包括坤維科技、宇立儀器、鑫精誠、柯力傳感、海伯森、藍點觸控、神源生智能、瑞爾特測控等。
根據GGII的數據，在協作機器人這一細分市場中，2022年坤維科技、藍點觸控和宇立儀器位列國產廠商前三名，其中坤維科技的出貨量超過了國際知名品牌ATI。
在國內的代表性廠商中，坤維科技憑借其先進的技術和廣泛的套用經驗，已在多個領域實作了成熟運用。目前，該公司的業務布局主要涵蓋了機器力覺、工業/測試、運動/康復以及風洞天平等四大行業。
宇立儀器則是以汽車碰撞假人領域為基礎起家，自2010年起，該公司開始進軍機器人行業。隨後，宇立儀器成功進入ABB全球供應鏈。宇立儀器已形成了包括多維力傳感器、力控打磨器材和汽車測試器材在內的完整產品線。
柯力傳感最初以稱重傳感器為主打產品，後來成功轉型升級為物聯網解決方案供應商。目前，柯力傳感的產品線已經擴充套件到了測重測力、靜態扭矩、二維力、三維力以及六維力等多個類別的傳感器，為不同行業提供了多樣化的測量和控制解決方案。
結語
總體而言，盡管國內六維力傳感器市場已經有所發展，但其市場基數相對仍然偏小，尚未形成顯著的規模效應。未來，該市場的高增長潛力將主要受到幾個因素的催化，包括國內廠商不斷完善產品矩陣、降低產品成本以及提升國產化率等。這些因素有望共同推動國內六維力傳感器市場實作快速增長，進一步提升其在全球市場中的競爭力。
此外，六維力傳感器產業的發展需要整個產業鏈的協同合作，包括原材料供應、生產加工、產品銷售等各個環節。透過加強技術創新、市場需求拓展和產業鏈協同等多方面的努力，國內六維力傳感器市場有望實作快速增長，並在全球市場中占據重要地位。
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