人手之所以灵巧,不仅在于骨骼和肌肉的精巧结构,更在于指尖数以万计的触觉神经末梢。灵巧手要真正具备人手级操作能力,触觉传感器和柔性电子皮肤是绕不开的关键环节。中泰证券认为,触觉模态将成为机器人真正理解物理世界的关键,柔性电子皮肤是核心发展方向。
传感器分类——内部感知+外部感知
灵巧手搭载的传感器可分为两大类:
内部传感器(感知自身状态) :
- 位置传感器:光电编码器(高精度)vs 磁电编码器(抗干扰强)
- 力/力矩传感器:一维/三维(关节)→六维(手腕/指尖)
外部传感器(获取环境信息) :
- 触觉传感器:感知与物体的接触力、压力分布
- 柔性电子皮肤:全覆盖、多模态感知
力/力矩传感器——从一维到六维的进化
一维/三维传感器:布置在手指关节,测量手指对物体施加的作用力。
六维力传感器:
- 维度最高的力觉传感器
- 提供最全面的力觉信息
- 布置在手腕、指尖
- 特斯拉Optimus在手腕采用六维力传感器
- 微型六维指尖传感器直接检测指尖与物体接触力与力矩
相关标的:
- 柯力传感:推出多款六维力传感器,投资他山科技完善“力觉+触觉”一体化方案
- 昊志机电:国内少数能生产六维力矩传感器的企业
- 东华测试、杭州柯林:积极布局六维力传感器
触觉传感器——五条技术路线
| 技术路线 | 优点 | 缺点 |
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| 压阻式 | 灵敏度高、制备简单、成本低 | 信号采集难、温度影响 |
| 压电式 | 动态响应好、耐用 | 难测静态力、温度影响 |
| 电容式 | 灵敏度高、响应快、功耗低 | 稳定性差、寄生电容影响 |
| 磁电式 | 精度高、可测六维力、1000Hz输出 | 成本高、无法抗强磁 |
| 视触觉 | 多维感知、无电气干扰 | 实时性差、体积大 |
触觉模态的现状:大多数灵巧手虽加装触觉传感器,但触觉数据缺乏,仍处于起步阶段。短期成本高企,意义有限;长期内,触觉模态将成为机器人真正理解物理世界的关键。
柔性电子皮肤——核心发展趋势
柔性电子皮肤兼备柔性+触觉反馈+仿生特性:
技术指标:
- 每个感应点面积仅1平方毫米
- 单只灵巧手可布置超1000个感应点
- 灵敏度达1克级别
- 可贴合指尖、手心、手背等复杂曲面
功能:精准感知压力、温度、湿度等多功能感知能力
产业化进展:华威科柔性电子皮肤已装备1000台人形机器人灵巧手
相关标的:汉威科技(柔性压阻、压电、汗液、电容四大核心技术)、日盈电子、福莱新材
应用场景演变与传感器需求
当前阶段(工业场景) :
- 触觉数据需求有限
- 重点在力/力矩传感器提供力反馈
- 一维/三维传感器为主
中期阶段(特殊场景) :
- 应急救援需要感知温度、湿度等环境信息
- 防护性能要求提升
- 电子皮肤初步应用
远期阶段(消费场景) :
- 家庭服务需要精细化触觉感知
- 柔性电子皮肤全覆盖
- 触觉模态成为机器人理解物理世界的关键
触觉传感器与柔性电子皮肤是灵巧手感知系统的重要增量环节,汉威科技在柔性触觉传感器领域布局领先,有望深度受益于人形机器人产业化进程。