图 1 人形机器人三大构成部分 （资料来源：Yole，广发证券发展研究中心）

　　人形机器人的“神经”——感知模块

　　早在2021年，国家发布“十四五”规划，在这份事关中 国未来5年经济发展的重要文件中，传感器与高端芯片、操 作系统、人工智能关键算法等并列，是建设数字中国的关键 技术。

　　据国际机器人协会预测，至2030年，全球人形机器人 市场规模年复合增长率将高达71%。中国电子学会也预计， 到2030年，我国人形机器人市场规模有望达约8700亿元， 具备较大的增长空间。传感器是人形机器人感知系统的核 心部件之一，人形机器人需要用到多种传感器，大致上包括 视觉传感器、位觉传感器、运控传感器和触觉传感器。相 关分析认为，人形机器人是传感器市场发展的一次新机会, 随着人形机器人产业未来的迅猛扩张，传感器行业将进一 步扩容，全球传感器市场规模有望超万亿。根据Statista的 研究数据，2022年全球传感器市场规模达2512.9亿美元， 2022-2025年CAGR预计达8.04%。根据前瞻产业研究院数 据，2020年国内传感器市场规模达2494亿人民币，2020-2025年CAGR预计达20.0%(见图2)。

图 2 2020-2025 年全球及中国传感器市场规模统计与预测（资料来源：Statista，东吴证券研究所）

　　按照传感器检测对象的不同，人形机器人的传感器又 可分为内部传感器和外部传感器两大类，内部传感器：用来 感知机器人的自身状态的传感器，比如位置、速度、加速度 等;外部传感器：用以感受机器人周围环境、目标物的状态信息的传感器，比如视觉、触觉、听觉、嗅觉、温度、力 觉等(见图3)。

图 3 传感器在人形机器人中的应用 （资料来源：Yole，广发证券发展研究中心 ）

　　例如，特斯拉OptimusGEN2人形机器人更聚焦于运动 与控制、行走、平衡、精细操作与感知，通过其视频，有 媒体推测，新一代Optimus人形机器人新增了多项特斯拉 自研传感器，包括：足部力&力矩传感可能采用了六维力矩 传感器;全新11自由度灵巧手可能增加了压力感知、触力 感知和柔性微压力感知等传感器;其强大的平衡感知能力 显然搭载了IMU等惯性传感器及感知算法;以及直接感知环 境作用的柔性触觉传感器/电子皮肤等等。

　　而从用量来看，MEMS压阻式触觉传感器可能是最先 放量的一类产品。人形机器人用到的触觉传感器可以分为 两大类， 一种是基于MEMS技术集成的触觉传感器，包括压 阻式、电容式、光电式、电磁式;另一种是视觉+触觉传感 器。MEMS压阻式触觉传感器的技术最成熟，且具有易于批 量生产、小型化、集成度高、成本低等优势，可提供精确 的运动控制和灵活的物体操纵能力所需的基本内部扭矩和 力的反馈，因而应用面较为广泛。根据QY Research的调查 数据，2022年全球前五大厂商占据76%份额，分别为美国 Tekscan、Pressure Profile Systems、Sensor Products、 德国Weiss Robotics、美国Syn Touch。国内企业规模尚 小，其中汉威科技子公司能斯达主要生产薄膜电容触觉传 感器，可应用于机器人身体;初创型公司帕西尼致力于用 列阵式柔性触觉传感器应用于机器人领域;此外，墨现科技、他山科技、埔慧科技、力感科技也有相关布局。

　　(1)力/力矩传感器

　　力传感器能够帮助机器人实现打磨、焊接等精密操 作，拓宽机器人应用场景，优化国产厂商于搬运、码垛等 传统环节的激烈竞争格局。此外力传感器在人形机器人中 亦有广泛应用，为模仿人类，人形机器人需精准测量关节 受力情况，因此在手腕和脚踝处需搭载六维力传感器。

　　相较于一维和三维，六维力传感器优势突出，主要体 现在：①精度显著提升;②结构紧凑，适应狭窄空间;③ 协调同步性好。但在性能突出的同时，六维力传感器制作 难度也较高，其从结构设计、数据采集、解耦算法的复杂 性等多方面难度均高于一维和三维传感器。

　　目前六维力传感器处于起步阶段，市场规模较小，但 未来随着六维力传感器在机器人行业的逐步放量，市场规 模有望迅速增长。根据相关机构测算，中性假设下预计至 2030年人形机器人用力传感器市场有望达125亿元，其中 六维力传感器市场空间有望达80亿元，将为传感器行业带 来全新增量市场。

　　多维力传感器技术壁垒高，海外厂商占据主导。海 外供应商：国外成熟的多维力传感器厂商主要有美国的 AMTI、ATI、JR3、FUTEK，瑞士的 BOTA，德国的HBM等公 司，已开发出多种商用六维力/扭矩传感器。国产供应商： 一维度力传感器技术门槛不高，国内生产商众多;三/六维 度力传感器受到技术限制， 目前国内主要“玩家”包括坤 维科技、蓝点触控、宇立仪器等，上市公司玩家中东华测 试、柯力传感等具备一定技术基础，逐步开展多维力传感 器的研发生产。

　　(2)惯导+视觉传感器：实现机器人高精度定位和导航

　　惯性传感器是一种用于测量物体的加速度、角速度 和倾斜角度等参数的电子传感器，包括加速度计、陀螺仪 和惯性测量单元(IMU) 三种， 其中IMU是市场份额最大 的品类。根据芯谋研究，2022年国内IMU市场规模达到 43.1亿元，预计2027年达到75.5亿元，年均复合增长率达 11.9%。

　　视觉传感器是利用光学元件和成像装置获取外部环境 图像信息的一类传感器。从输出维度的角度来看，基于视 觉传感器的感知方法可以分为2D视觉和3D视觉两种。在人 形机器人、自动驾驶等高精度要求领域，3D视觉是目前的主要方向。

　　IMU和视觉传感器具有互补性，能够有效实现SLAM方 案(同步定位与建图)，完成机器人定位和导航，未来均 有望受益于人形机器人产业趋势。

　　国内惯导传感器(IMU)与视觉传感器上市公司主要包 含芯动联科、敏芯股份、华依科技、奥比中光、舜宇光学 等，具备较强的研发与市场竞争力。

　　人形机器人的“小脑”——运控模块

　　从单台特斯拉Optimus来看，其全身有40个执行器， 是单台多关节机器人的6～7倍，其中：身体关节部分采 用减速器/丝杆+伺服电机的传动方式，计28个执行器; 机械手基于欠驱动方案，采用电机+腱绳驱动(Tendon - driven) 的传动结构， 单手6个电机、11个自由度。根据 Testla AI Day， 特斯拉自主研发的六种执行器中，旋转关 节方案基本继承了工业机器人的设计，而线性执行器和微 特电机是人形机器人的新需求。

　　在旋转电机部分，不同厂家在关节驱动器零部件选用 的细节上各有不同。按照每个关节对应一套伺服系统来看 的话，有机构预测，如果以伺服系统均价1000元计算，同 时结合市场预测的2030年全球人形机器人出货量有望达 百万台，那么，2030年全球人形机器人用伺服系统的市场 规模将有望达到500亿元人民币左右。目前，国内伺服驱 动器市场以日系的松下、安川、本土的汇川、禾川等为代 表，而在微型大功率伺服方面，以色列ELMO、美国Celera Motion等则是这一特定领域内的领先者。

　　在微特电机部分，空心杯电机为转子无铁芯结构， 表现为无涡流损耗和磁滞损耗，具有低摩擦和良好的散热 性，实现了电机的高效率;采用无刷结构可以进一步提升 寿命、减少噪音，是人形机器人电池供电型设备的理想选 择。根据专业机构调查统计，空心杯电机全球市场规模在 2022年超50亿元人民币，预计2022-2028年CAGR约为8% (图4);如果考虑人形机器人放量，增速将显著提升。

图 4 2020-2028 年全球空心杯电机市场规模统计及预测

(资料来源：公开资料，华精产业研究院整理)(单位：亿美元)

　　国 外 空 心 杯电 机 龙 头 公 司 包 括 Max o n Moto r 、 Faulhaber、Portescap，其产品横向、纵向布局均较为 完善，并且具有较强的小尺寸电机和无刷电机设计能力。 国内空心杯电机龙头公司为鸣志电器，拓邦股份、雷赛智 能、伟创电气等研发及生产则是以点带面，随着国内公司的能力不断深化，空心杯电机未来存在广阔的国产替代空 间。绕组设计与设备、产品矩阵及背书是空心杯电机的核 心壁垒。Maxon 马鞍形线圈、Faulbaber斜绕式线圈，具 有专利优势，产品品质高;海外绕组设备 Merteor、田中精 机等研发能力、自动化水平也均较高，并在航空航天、医 疗、机器人等领域深耕多年，有着很强的客户背书和客户 粘性。

　　无框力矩电机与机器人关节高度适配。无框力矩电机 无边框设计，具有体积小、质量轻、惯量低、结构紧凑、 功率高、适配性强等特点，在机器人关节等领域具有广泛 的应用前景。据统计，2022年力矩电机、无框电机全球 市场规模均超40亿元人民币，其中力矩电机全球市场规模 2022-2027年CAGR和无框电机全球市场规模2022-2029年 CAGR均约为8%(图5)。从竞争格局来看，海外企业仍处 于领先地位，海外龙头制造商包括科尔摩根、威腾斯坦、 尼得科、派克汉尼汾等;国内企业中，步科股份、昊志机 电也有较强的产品力。

图 5 2022-2029 年全球无框力矩电机市场规模统计及预测
（资料来源：Valuates Reports，浙商证券研究所）( 单位：亿美元 )

　　正向研发能力、匹配下游设计是核心壁垒。无框力矩 电机的壁垒体现在磁路和工艺设计，海外厂商具有悠久的 发展历史和较强的正向研发能力，能够通过产品和经验积 累、模拟仿真软件快速实现产品设计，以满足客户需求。 无框力矩电机要比传统的伺服电机定制化程度要高;很多 机器人厂商都在自研线性执行器和旋转执行器。从未来的 竞争格局来看，无框力矩电机或将比空心杯电机更加分 散， 一体化程度更高。

　　减速器是连接电机和负载的中间装置，用于降低电机的输出转速、提高输出扭矩。机器人领域所使用的减速器 属于精密减速器，主要包括谐波减速器、RV减速器、精密 行星减速器。

　　精密减速器是机器人转动关节的核心零部件，人形机 器人产业化加速为精密减速器打开增量空间，目前人形机 器人的主流减速器方案为谐波减速器，部分机器人在下肢 采用了精密行星减速器。未来随着人形机器人逐步放量， 精密减速器作为价值量占比较高的核心零部件，市场规模 有望大幅增长。以特斯拉发布的第二代Optimus机器人为 例，推测单台机器人需要谐波减速器16台，对应价值量约 为1.6万元;马斯克曾在特斯拉Al DAY上预估Optimus机器 人产量将达百万台量级，在100万台Optimus机器人销量的假设下，谐波减速器对应的市场空间约为160亿元。目前在国内，绿的谐波、中大力德等是本土精密减速器行业的佼佼者。

　　线性执行器包括滚珠丝杠副和滚动直线导轨副等， 丝杠为人形机器人线性执行器的关键，机器人需通过丝杠 将电机旋转运动转化为直线运动。丝杠具体可分为滑动 丝杠、滚动丝杠(滚珠丝杠&滚柱丝杠)、静压丝杠。其 中，滚珠丝杠可用于机器人传动装置，特斯拉人形机器人 Optimus下肢腿部采用无框电机+行星滚柱丝杠的线性执 行器;而人形机器人中使用的滚柱丝杆，目前在中国市场 上仍以日本、欧洲企业为主，国内企业起步晚，竞争实力 距离国外工业发达国家企业有较大差距，产品技术壁垒很 高，国产替代空间较大，国内代表公司为贝斯特、鼎智科 技、恒立液压、五洲新春等。

　　结语

　　在当前AI人工智能+机器人技术高速发展的加持之下， 2024年，将会是人形机器人从样机阶段走向批量化生产和 应用落地的关键期，对于未来的市场空间容量，人们也多 以乐观态度看待。“高可靠、低成本、可量产”——是现阶段 人形机器人在商业化、产业化发展上追求的首要目标，这 尤其需要依靠全体产业链上下游的通力合作，其中也包括 运动控制核心部件厂商、各种技术路线的传感器等等，来 共同建设围绕人形机器人开发和应用的创新发展生态圈。