国金证券研报聚焦PEEK材料在六维力传感器中的应用。六维力传感器是人形机器人力控摆动、稳定控制的核心，价值量仅次于关节模组。PEEK材料凭借轻量化、高灵敏度特性，可替代传统铝合金制作传感器弹性体。有限元分析显示PEEK弹性梁应变灵敏度远超铝合金弹性梁，静态测试表明PEEK传感器灵敏度是铝合金传感器的数十倍。
六维力传感器——人形机器人力控核心部件
六维力传感器是目前维度最高、力觉信息反馈最全面、难度最大的力觉传感器，在人形机器人成本中占比约15%，可应用于灵巧手、手腕、脚踝、各关节等部位。传感器作为机器人核心零部件，是力控摆动、稳定控制的核心，精准测量随机变化的力，价值量仅次于关节模组。
当机器人处于高速作业环境时，多维力传感器处于多维加速度场中，传感器弹性体惯性质量附加的惯性力矩会形成测量误差。轻量化、灵敏度更高的材料更适用于制作传感器弹性体。
目前电阻应变式多维力传感器的弹性体大部分采用金属材质，如合金钢、不锈钢、铝合金等。电阻应变式六维力传感器的灵敏度主要与弹性体结构和尺寸有关，十字梁型弹性体越薄灵敏度越高，但太薄不利于应变片粘贴。PEEK材料为这一困境提供了新的解决方案。
PEEK弹性体vs铝合金弹性体——应变灵敏度对比
PEEK是所有树脂中韧性和刚性结合最优的材料，具备与合金材料媲美的对交变应力的优良耐疲劳性，同时具备良好的绝缘性和电气性能。这些特性使PEEK成为替代铝合金制作六维力传感器弹性体的理想选择。
有限元分析结果为PEEK替代铝合金提供了直接证据。PEEK弹性梁受到FX=30N作用力时，梁上最大应变为5.243×10⁻³；铝合金弹性梁受到FX=200N作用力时，梁上最大应变仅1.296×10⁻³。在Fz方向30N载荷下，PEEK弹性梁应变为7.42×10⁻³；铝合金在200N载荷下仅为1.37×10⁻³。
PEEK弹性梁的应变灵敏度远远高于铝合金弹性梁。这意味着在相同受力条件下，PEEK弹性体可产生更大应变信号，从而提高传感器分辨率与测量精度。同时PEEK材料密度远低于铝合金，可有效减小高速作业时惯性质量附加的惯性力矩误差。
静态性能指标——PEEK传感器灵敏度是铝合金数十倍
静态性能指标测试进一步验证了PEEK传感器的优势。PEEK传感器在Fx方向灵敏度达2.37×10⁻⁴，是铝合金传感器（0.11×10⁻⁴）的21.5倍。Fy方向PEEK灵敏度2.46×10⁻⁴，铝合金0.11×10⁻⁴；Fz方向PEEK灵敏度2.50×10⁻⁴，铝合金0.17×10⁻⁴。
力矩方向同样表现优异。Mx方向PEEK灵敏度0.19×10⁻⁴，铝合金0.01×10⁻⁴；My方向PEEK灵敏度0.19×10⁻⁴，铝合金0.01×10⁻⁴；Mz方向PEEK灵敏度0.038×10⁻⁴，铝合金0.00295×10⁻⁴。
其他静态指标方面，PEEK传感器的线性度、重复性、迟滞等与铝合金传感器相差不大。PEEK传感器在Fx方向线性度≤1.0%，重复性±1.53% E.S.，迟滞±1.75% E.S.；铝合金传感器线性度≤0.5%，重复性±1.84% E.S.，迟滞±1.97% E.S.。这表明PEEK替代铝合金可在保持其他性能的同时，将灵敏度提升一个数量级以上。
PEEK传感器与铝合金传感器静态性能指标对比| 测量方向 | PEEK灵敏度 | 铝合金灵敏度 | PEEK/铝合金倍数 |
|---|
| Fx | 2.37×10⁻⁴ | 0.11×10⁻⁴ | 21.5倍 |
| Fy | 2.46×10⁻⁴ | 0.11×10⁻⁴ | 22.4倍 |
| Fz | 2.50×10⁻⁴ | 0.17×10⁻⁴ | 14.7倍 |
| Mx | 0.19×10⁻⁴ | 0.01×10⁻⁴ | 19倍 |
| My | 0.19×10⁻⁴ | 0.01×10⁻⁴ | 19倍 |
| Mz | 0.038×10⁻⁴ | 0.00295×10⁻⁴ | 12.9倍 |
