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來源：源達
投資要點
六維力傳感器是機器人核心部件，市場空間有望加速擴容
六維力傳感器適用于力作用點隨機并對測量精度要求較高的場景，適合在人形機器人和協(xié)作機器人中應用。人形機器人產(chǎn)品加快迭代成熟，有望拉動六維力傳感器市場空間。2023年12月特斯拉發(fā)布的Optimus Gen2已能完成單腿瑜伽等復雜動作。2023年國產(chǎn)人形機器人領軍企業(yè)優(yōu)必選推出工業(yè)版人形機器人Walker?S，可在工商業(yè)領域精密作業(yè)。根據(jù)MIR睿工業(yè)數(shù)據(jù)，2023年中國六維力傳感器市場規(guī)模為2.35億元，同比增長14.3%，并預計在2026-2030年，人形機器人的規(guī)模量產(chǎn)將顯著增加六維力傳感器需求，并推動生產(chǎn)成本降低，市場有望迎來快速擴容期。
人形機器人商業(yè)圖景遠大，推動六維力傳感器市場加快增長
以Optimus為例，約需要14個力傳感器、14個力矩傳感器和4個六維力傳感器，在人形機器人的腕部和踝部均需配備一個六維力傳感器?？紤]到人形機器人產(chǎn)品成熟度的快速提升，我們假設2025年人形機器人正式商業(yè)化，并出貨1萬套，并在2026/2027年銷量達5/10萬套。同時基于人形機器人對零部件降本的要求，且六維力傳感器規(guī)模放量降低生產(chǎn)成本情況下，假設2025-2027年六維力傳感器價格由2萬元/個降至1萬元/個。則測算下若人形機器人出貨量達到10萬套，能提供約40億元的六維力傳感器市場增量。
國產(chǎn)公司已進入行業(yè)第一梯隊，有望充分受益市場機遇
2023年中國六維力傳感器市場中，國產(chǎn)廠商份額約占30%。在國家政策支持及數(shù)年技術追趕下，國產(chǎn)六維力傳感器廠商已進入業(yè)內(nèi)第一梯隊，部分產(chǎn)品成為行業(yè)標桿。目前宇立儀器、藍點觸控和坤維科技進入第一梯隊行列，產(chǎn)品性能、批量化生產(chǎn)能力和市占率均處于行業(yè)前列。柯力傳感和昊志機電等上市企業(yè)均在加大行業(yè)投入。力學測試領域的領軍企業(yè)東華測試在力傳感器領域具備自主可控的核心技術。未來國產(chǎn)企業(yè)在六維力傳感器市場的份額有望繼續(xù)提升，并主導產(chǎn)品的降本普及和在人形機器人中的導入。
投資建議
國產(chǎn)公司有望充分受益六維力傳感器的行業(yè)發(fā)展機遇。建議關注：東華測試、柯力傳感等。
風險提示
下游行業(yè)景氣度不及預期；行業(yè)競爭加??；人形機器人商業(yè)化不及預期；在下游行業(yè)導入進度不及預期的風險。
一、六維力傳感器是機器人行業(yè)的重要部件
傳感器是機器人的重要組成部件，功能類似人的感官。傳感器是將被測信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)化成輸出信號的器件，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)化元件組成。敏感元件能直接感知或響應被測量（輸入量）；轉(zhuǎn)化元件能將敏感元件中感知的被測量轉(zhuǎn)換成適合測量的電信號。
圖1：傳感器的基本原理
資料來源：《機器人多維力傳感器結(jié)構(gòu)設計》，源達信息證券研究所
力傳感器的測量對象是力，并將力量值轉(zhuǎn)換為相關電信號，包括張力、拉力、壓力、重量、扭矩、內(nèi)應力和應變等力學量。力傳感器是機器人感知力的核心器件，常見的力傳感器包括一維力傳感器、三維力傳感器和六維力傳感器。六維力傳感器適用于力作用點隨機并對測量精度要求較高的場景，適合在人形機器人和協(xié)作機器人中應用。
表1：常見的力傳感器類型
名稱
圖示
功能
一維力傳感器
僅能測量方向和作用點固定的力。標定坐標軸為OZ軸，一維力傳感器可以測量與OZ軸方向完全重合的力F。
三維力傳感器
能夠測量方向隨機，但作用點固定的力。標定參考點為O，三維力傳感器可以測量力作用點固定在O點的力F。
六維力傳感器
能夠測量方向、作用點隨機的力。當力F的作用點不與標定參考點O重合時，六維力傳感器可以測量任意力F。
資料來源：坤維科技官方公眾號，源達信息證券研究所
力傳感器按原理可分為應變片式、光學式和壓電/電容式。目前應變片式仍是主流技術，特點是技術成熟、成本低且測量范圍廣，但生產(chǎn)工藝較為復雜。目前國內(nèi)主流力傳感器企業(yè)宇立儀器、坤維科技和藍點觸控等均布局該力傳感器技術路線。
表2：力傳感器原理分類及代表企業(yè)
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應變片式
光學式
壓電/電容式
原理
采用的是硅應變片或金屬箔，本質(zhì)是材料本身發(fā)生形變進而轉(zhuǎn)化為阻值變化
通過光柵反映形變再轉(zhuǎn)化成力
電容是通過極距的變化導致電壓變化壓電則是通過形變改變電荷
優(yōu)點
精度高、技術成熟；測量范圍廣、成本低；頻響特性好
可靠性高；測量范圍廣；抗電磁干擾能力強
高靈敏度和高分辨率；頻率范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單；環(huán)境適用性強
缺點
生產(chǎn)工藝復雜；金屬箔式應變計輸出微弱
對測試環(huán)境要求高；剛性偏弱
調(diào)理電路復雜；信號漂移難以抑制
代表公司
ATI、宇立儀器、坤維科技、鑫精誠、藍點觸控、海伯森等
OnRobot、華力創(chuàng)科學等
Robotiq、Robotous、Kistler等
資料來源：GGII，源達信息證券研究所
根據(jù)MIR睿工業(yè)數(shù)據(jù)，2023年中國六維力傳感器市場規(guī)模為2．35億元，同比增長14．3%。其中2023-2026年受制于下游行業(yè)應用的不成熟，市場整體規(guī)模仍較?。?026-2030年中，人形機器人的大規(guī)模量產(chǎn)將顯著增加六維力傳感器需求，并推動生產(chǎn)成本降低，市場規(guī)模有望迎來快速擴容期。
圖2：2020-2030年中國六維力傳感器市場規(guī)模及預測
資料來源：MIR睿工業(yè)，源達信息證券研究所
從六維力傳感器下游行業(yè)看，工業(yè)自動化是第一大下游應用，人形機器人是增速最快的下游應用。其中工業(yè)自動化行業(yè)中，柔性化產(chǎn)線對六維力傳感器需求保持增加，但受制于工藝原因暫未大批量使用；人形機器人行業(yè)對六維力傳感器有確定的大批量需求，未來伴隨人形機器人的成功量產(chǎn)需求有望進一步增長；汽車行業(yè)中應用已較為成熟，暫未有大型新應用場景的出現(xiàn)；此外軍工、航天航空和醫(yī)療等行業(yè)對六維力傳感器的需求保持穩(wěn)定增長。
圖3：六維力傳感器下游行業(yè)分布（2023年）
圖4：六維力傳感器下游行業(yè)增速（2023年）
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資料來源：MIR睿工業(yè)，源達信息證券研究所
資料來源：MIR睿工業(yè)，源達信息證券研究所
六維力傳感器的原理可分為應變片、光學式和壓電/電容式。其中應變片式是市場主流，原理是材料受力產(chǎn)生形變，并轉(zhuǎn)化為材料電阻變化進行測量；光學式是通過光纖、光柵反映形變，再轉(zhuǎn)化為力；壓電式通過形變改變電荷；電容式通過極距變化改變電壓。
表3：常見的力傳感器類型
技術類型
原理
代表企業(yè)
應變片式
采用硅應變片或金屬箔，將材料形變轉(zhuǎn)化為電路阻值變化
ATI、鑫精誠、藍點觸控、坤維科技、宇立儀器、海伯森、Sintokogio、Bota?Systems?AG、SCHUNK、埃力智能等
光學式
通過光纖、光柵反映形變，再轉(zhuǎn)化成力
OnRobot、松果體、華力創(chuàng)等
壓電/電容式
電容通過極距變化改變電壓，壓電通過形變改變電荷
Robotiq、Robotous、WACOH-TECH、Kistler等
資料來源：《2023年協(xié)作機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍皮書》，源達信息證券研究所
2023年中國六維力傳感器市場中，國產(chǎn)廠商份額約占30%。中國六維力傳感器市場格局較為集中，TOP10廠商合計份額達69.5%。其中國外企業(yè)如ATI、Epson等仍占據(jù)較大份額，國外企業(yè)合計占國內(nèi)市場的70%。國產(chǎn)公司中，宇立儀器市場份額較為領先，達38.1%。而藍點觸控、坤維信息和鑫精誠等國產(chǎn)公司也具備較強競爭力。此外柯力傳感、昊志機電等公司也在積極投入該行業(yè)，后續(xù)市場份額有望提升。
圖5：2023年中國六維力傳感器市場格局
圖6：2023年中國六維力傳感器國產(chǎn)公司份額情況
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資料來源：MIR睿工業(yè)，源達信息證券研究所
資料來源：MIR睿工業(yè)，源達信息證券研究所
二、人形機器人有望推動六維力傳感器行業(yè)高速發(fā)展
特斯拉推動人形機器人商業(yè)化加速，Optimus迭代速度驚人。2021年8月，馬斯克在特斯拉 AI DAY上首次提出Optimus的概念，并計劃在未來讓人形機器人取代人類從事部分危險工作和重復勞動。相比工業(yè)機器人，人形機器人的核心在于與智能化和類人化，所以智能制造、商業(yè)服務和家庭場景可能會是人形機器人的主要應用場景。2023年12月，特斯拉發(fā)布的Optimus Gen2已能完成單腿瑜伽等復雜動作，自2022年發(fā)布demo起僅兩年，迭代速度驚人。而在人工智能大模型的發(fā)展加持下，人形機器人的“iPhone時刻”有望在不久到來。
圖7：特斯拉Optimus系列機器人迭代歷史
資料來源：機器之心，源達信息證券研究所
國產(chǎn)人形機器人加速迭代。2016年優(yōu)必選推出Walker原型機，腿部擁有12個自由度，可以完成行走和上下斜坡的動作。2023年優(yōu)必選推出工業(yè)版人形機器人Walker?S，身高1.7米，體重60kg，可替換末端執(zhí)行器，搭載41個高性能伺服關節(jié)以及多維力傳感器，機器人自主運動及決策能力大幅提高，可在工業(yè)及商用場景廣泛應用。
圖8：優(yōu)必選Walker系列機器人迭代歷史
資料來源：優(yōu)必選官網(wǎng)，源達信息證券研究所
人形機器人對力傳感器需求明確。以Optimus為例，約需要14個力傳感器、14個力矩傳感器和4個六維力傳感器，在人形機器人的腕部和踝部均需配備一個六維力傳感器。
圖9：人形機器人腕部需配備六維力傳感器
圖10：人形機器人踝部需配備六維力傳感器
資料來源：坤維科技官方公眾號，源達信息證券研究所
資料來源：坤維科技官方公眾號，源達信息證券研究所
人形機器人的商業(yè)化推進有望打開六維力傳感器市場空間?？紤]到人形機器人產(chǎn)品成熟度的快速提升，我們假設2025年人形機器人正式商業(yè)化，并出貨1萬套，并在2026/2027年銷量達5/10萬套。同時基于人形機器人對零部件降本的要求，且六維力傳感器規(guī)模放量降低生產(chǎn)成本情況下，假設2025-2027年六維力傳感器價格由2萬元降至1萬元。則測算下若人形機器人出貨量達到10萬套，則能提供40億元的六維力傳感器市場增量。
表4：人形機器人蘊含的巨大商業(yè)想象力有望大大拓寬精密減速器市場空間
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2025E
2026E
2027E
人形機器人出貨量（萬套）
1
5
10
六維力傳感器需求（個/套）
4
4
4
六維力傳感器價格（元/個）
20000
15000
10000
人形機器人用六維力傳感器市場空間（億元）
8
30
40
資料來源：特斯拉，源達信息證券研究所測算
根據(jù)GGII發(fā)布的《2024中國人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍皮書》，預計2024年全球人形機器人銷量為11867臺，并預計至2030年銷量有望達605680臺，GAGR=92.60%。預計人形機器人蘊含的巨大市場潛力將會給六維力傳感器行業(yè)帶來遠大市場空間。
圖11：2024-2030年全球人形機器人銷量預測（臺）
資料來源：GGII，源達信息證券研究所
三、六維力傳感器技術難點：串擾、精度及準度
串擾指標用來衡量多維力傳感器各測量方向間的耦合影響，可以反映測量誤差水平，是體現(xiàn)產(chǎn)品性能的關鍵指標之一。比較優(yōu)秀的串擾指標在1%FS左右，2~5%FS比較常見。以六維力傳感器為例。分別對六維力傳感器的六個測量方向精確加載至各自的額定載荷，記錄六個方向的測量結(jié)果，就做成了這個表格。載荷組1中，僅僅對Fx方向加載到額定載荷，并且假設加載方向和載荷值是非常準確的，所以Fx是100%FS，其它方向是0%FS。表格右側(cè)Fy、Fz、Mx、My、Mz的測量結(jié)果就是在Fx作用下的串擾。因為此時Fy、Fz、Mx、My、Mz的理論真值都是0。Fy、Fz、Mx、My、Mz測量結(jié)果就體現(xiàn)了Fx對其它五個測量方向的耦合干擾情況。
圖12：六維力傳感器的串擾指標測量
資料來源：坤維科技公眾號，源達信息證券研究所
精度和準度指標用于衡量六維力傳感器的測量誤差水平。1）多維力傳感器精度衡量的是測量結(jié)果之間的重復性。其檢定方法是，在相同環(huán)境條件下，在額定載荷范圍內(nèi)，進行多次重復聯(lián)合加載相同一組載荷后，計算得到的傳感器測量值的標準差，并除以量程；2）多維力傳感器準度衡量的是測量結(jié)果與理論真值的偏離程度。其獲得的方法是，對傳感器進行多組多維聯(lián)合加載，計算得到的傳感器測量值與所加載荷理論真值之間的標準偏差，并除以量程。
圖13：六維力傳感器的精度及準度指標
資料來源：坤維科技公眾號，源達信息證券研究所
四、國產(chǎn)企業(yè)在六維力傳感器行業(yè)已具備強競爭力
國產(chǎn)企業(yè)已成為六維力傳感器主流供應廠商。在國家政策支持及數(shù)年技術追趕下，國產(chǎn)六維力傳感器廠商已進入業(yè)內(nèi)第一梯隊，部分產(chǎn)品成為行業(yè)標桿。目前國產(chǎn)企業(yè)宇立儀器、藍點觸控和坤維科技和進口企業(yè)ATI進入第一梯隊行列，在產(chǎn)品性能、批量化生產(chǎn)能力和市占率方面均處于行業(yè)前列。此外柯力傳感和昊志機電等國產(chǎn)企業(yè)均在加大行業(yè)投入，未來國產(chǎn)企業(yè)將占據(jù)六維力傳感器市場的絕大部分，并將主導產(chǎn)品的降本普及和在人形機器人中的導入。
圖14：中國六維力傳感器廠商梯隊分布
資料來源：MIR睿工業(yè)，源達信息證券研究所
根據(jù)共研網(wǎng)數(shù)據(jù)，國內(nèi)六維力傳感器市場集中度較高，CR5超過50%。其中ATI（美國）份額占比為22.4%、宇立儀器（中國）占比12.2%、Epson（日本）占比6.4%、藍點觸控（中國）占比4.8%、坤維科技（中國）占比4.7%。2023年中國六維力傳感器市場中外資出貨占比仍達67.9%，我們預計未來六維力傳感器國產(chǎn)企業(yè)技術實力及產(chǎn)品力進一步提升下，2024-2027年內(nèi)資出貨占比有望從34.7%提升至54.7%。
圖15：2023年中國六維力傳感器市場格局
圖16：中國六維力傳感器市場內(nèi)外資出貨結(jié)構(gòu)及預測
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資料來源：共研網(wǎng)，源達信息證券研究所
資料來源：共研網(wǎng)，源達信息證券研究所
五、建議關注
1．東華測試
東華測試是國內(nèi)力學測試領域的領軍企業(yè)。公司在力學性能測試領域積累深厚，實現(xiàn)核心技術自主可控，業(yè)務板塊可分為結(jié)構(gòu)力學研究、結(jié)構(gòu)安全性在線監(jiān)測和防務PHM、民用PHM和電化學工作站四大板塊。公司主要產(chǎn)品包括傳感器、測試分析系統(tǒng)和軟件平臺。基于公司力學測試產(chǎn)品的通用性，公司有望向新能源、航天航空、工業(yè)和人形機器人等行業(yè)拓展，拓寬公司成長空間。
2024年上半年公司實現(xiàn)營收2.76億元，同比+37.75%；歸母凈利潤為0.74億元，同比+65.11%。
圖17：2018-2024年H1東華測試營收情況
圖18：2018-2024年H1東華測試盈利情況
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資料來源：Wind，源達信息證券研究所
資料來源：Wind，源達信息證券研究所
2．柯力傳感
公司是國內(nèi)智能傳感器行業(yè)的領軍企業(yè)，在國內(nèi)稱重傳感器市場14年市占率保持第一。公司具備完善的管理價格和生產(chǎn)體系，并保持較高的產(chǎn)品研發(fā)投入。目前公司已加大了對光柵傳感器、電量傳感器、視覺傳感器、激光傳感器等多種物理量傳感器的投入，并重視六維力傳感器在人形機器人行業(yè)的發(fā)展機遇，捕捉行業(yè)發(fā)展機會。
截至2024年上半年，公司實現(xiàn)營收5．55億元，同比+9.42%；歸母凈利潤為1．17億元，同比-16．57%。2024H1公司所持馳誠股份因股票價格波動，導致公允價值變動損益-2110.50萬元，影響公司盈利。后續(xù)公司布局的多種物理量傳感器有望迎來收獲期，未來業(yè)績增長空間值得期待。
圖19：2018-2024年H1柯力傳感營收情況
圖20：2018-2024年H1柯力傳感盈利情況
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資料來源：Wind，源達信息證券研究所
資料來源：Wind，源達信息證券研究所
六、投資建議
1．建議關注
六維力傳感器正處于行業(yè)發(fā)展的重要階段，未來人形機器人的量產(chǎn)將大幅增加對六維力傳感器的數(shù)量需求，并推動六維力傳感器的生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)工藝進一步成熟，助力六維力傳感器在更多行業(yè)的滲透應用。目前宇立儀器、藍點觸控和坤維科技等國產(chǎn)六維力傳感器廠商已進入國內(nèi)市場第一梯隊；柯力傳感、昊志機電等企業(yè)正在加快對該行業(yè)的投入；國內(nèi)力學測試領軍企業(yè)東華測試在力傳感器領域具備自主可控的核心技術。未來國產(chǎn)公司有望充分受益六維力傳感器的行業(yè)發(fā)展機遇。建議關注：東華測試、柯力傳感等。
2．一致預測
表5：重點公司盈利預測
公司
代碼
歸母凈利潤（億元）
PE
總市值（億元）
2023E
2024E
2025E
2023E
2024E
2025E
東華測試
300354.SZ
1.8
2.4
3.1
21.6
16.1
12.6
39
柯力傳感
603662.SH
3.4
4.1
4.9
19.6
16.1
13.8
67
資料來源：Wind一致預期（2024/9/13），源達信息證券研究所
七、風險提示
下游行業(yè)景氣度不及預期；
行業(yè)競爭加劇；
人形機器人商業(yè)化不及預期；
在下游行業(yè)導入進度不及預期的風險。
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