源达关于力传感器专题研究：建议关注东华测试、柯力传感等
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来源：源达
投资要点
六维力传感器是机器人核心部件，市场空间有望加速扩容
六维力传感器适用于力作用点随机并对测量精度要求较高的场景，适合在人形机器人和协作机器人中应用。人形机器人产品加快迭代成熟，有望拉动六维力传感器市场空间。2023年12月特斯拉发布的Optimus Gen2已能完成单腿瑜伽等复杂动作。2023年国产人形机器人领军企业优必选推出工业版人形机器人Walker S，可在工商业领域精密作业。根据MIR睿工业数据，2023年中国六维力传感器市场规模为2.35亿元，同比增长14.3%，并预计在2026-2030年，人形机器人的规模量产将显著增加六维力传感器需求，并推动生产成本降低，市场有望迎来快速扩容期。
人形机器人商业图景远大，推动六维力传感器市场加快增长
以Optimus为例，约需要14个力传感器、14个力矩传感器和4个六维力传感器，在人形机器人的腕部和踝部均需配备一个六维力传感器。考虑到人形机器人产品成熟度的快速提升，我们假设2025年人形机器人正式商业化，并出货1万套，并在2026/2027年销量达5/10万套。同时基于人形机器人对零部件降本的要求，且六维力传感器规模放量降低生产成本情况下，假设2025-2027年六维力传感器价格由2万元/个降至1万元/个。则测算下若人形机器人出货量达到10万套，能提供约40亿元的六维力传感器市场增量。
国产公司已进入行业第一梯队，有望充分受益市场机遇
2023年中国六维力传感器市场中，国产厂商份额约占30%。在国家政策支持及数年技术追赶下，国产六维力传感器厂商已进入业内第一梯队，部分产品成为行业标杆。目前宇立仪器、蓝点触控和坤维科技进入第一梯队行列，产品性能、批量化生产能力和市占率均处于行业前列。柯力传感和昊志机电等上市企业均在加大行业投入。力学测试领域的领军企业东华测试在力传感器领域具备自主可控的核心技术。未来国产企业在六维力传感器市场的份额有望继续提升，并主导产品的降本普及和在人形机器人中的导入。
投资建议
国产公司有望充分受益六维力传感器的行业发展机遇。建议关注：东华测试、柯力传感等。
风险提示
下游行业景气度不及预期；行业竞争加剧；人形机器人商业化不及预期；在下游行业导入进度不及预期的风险。
一、六维力传感器是机器人行业的重要部件
传感器是机器人的重要组成部件，功能类似人的感官。传感器是将被测信号按一定规律转化成输出信号的器件，通常由敏感元件和转化元件组成。敏感元件能直接感知或响应被测量（输入量）；转化元件能将敏感元件中感知的被测量转换成适合测量的电信号。
图1：传感器的基本原理
资料来源：《机器人多维力传感器结构设计》，源达信息证券研究所
力传感器的测量对象是力，并将力量值转换为相关电信号，包括张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量。力传感器是机器人感知力的核心器件，常见的力传感器包括一维力传感器、三维力传感器和六维力传感器。六维力传感器适用于力作用点随机并对测量精度要求较高的场景，适合在人形机器人和协作机器人中应用。
表1：常见的力传感器类型
名称
图示
功能
一维力传感器
仅能测量方向和作用点固定的力。标定坐标轴为OZ轴，一维力传感器可以测量与OZ轴方向完全重合的力F。
三维力传感器
能够测量方向随机，但作用点固定的力。标定参考点为O，三维力传感器可以测量力作用点固定在O点的力F。
六维力传感器
能够测量方向、作用点随机的力。当力F的作用点不与标定参考点O重合时，六维力传感器可以测量任意力F。
资料来源：坤维科技官方公众号，源达信息证券研究所
力传感器按原理可分为应变片式、光学式和压电/电容式。目前应变片式仍是主流技术，特点是技术成熟、成本低且测量范围广，但生产工艺较为复杂。目前国内主流力传感器企业宇立仪器、坤维科技和蓝点触控等均布局该力传感器技术路线。
表2：力传感器原理分类及代表企业
应变片式
光学式
压电/电容式
原理
采用的是硅应变片或金属箔，本质是材料本身发生形变进而转化为阻值变化
通过光栅反映形变再转化成力
电容是通过极距的变化导致电压变化压电则是通过形变改变电荷
优点
精度高、技术成熟；测量范围广、成本低；频响特性好
可靠性高；测量范围广；抗电磁干扰能力强
高灵敏度和高分辨率；频率范围宽，结构简单；环境适用性强
缺点
生产工艺复杂；金属箔式应变计输出微弱
对测试环境要求高；刚性偏弱
调理电路复杂；信号漂移难以抑制
代表公司
ATI、宇立仪器、坤维科技、鑫精诚、蓝点触控、海伯森等
OnRobot、华力创科学等
Robotiq、Robotous、Kistler等
资料来源：GGII，源达信息证券研究所
根据MIR睿工业数据，2023年中国六维力传感器市场规模为2．35亿元，同比增长14．3%。其中2023-2026年受制于下游行业应用的不成熟，市场整体规模仍较小；2026-2030年中，人形机器人的大规模量产将显著增加六维力传感器需求，并推动生产成本降低，市场规模有望迎来快速扩容期。
图2：2020-2030年中国六维力传感器市场规模及预测
资料来源：MIR睿工业，源达信息证券研究所
从六维力传感器下游行业看，工业自动化是第一大下游应用，人形机器人是增速最快的下游应用。其中工业自动化行业中，柔性化产线对六维力传感器需求保持增加，但受制于工艺原因暂未大批量使用；人形机器人行业对六维力传感器有确定的大批量需求，未来伴随人形机器人的成功量产需求有望进一步增长；汽车行业中应用已较为成熟，暂未有大型新应用场景的出现；此外军工、航天航空和医疗等行业对六维力传感器的需求保持稳定增长。
图3：六维力传感器下游行业分布（2023年）
图4：六维力传感器下游行业增速（2023年）
资料来源：MIR睿工业，源达信息证券研究所
资料来源：MIR睿工业，源达信息证券研究所
六维力传感器的原理可分为应变片、光学式和压电/电容式。其中应变片式是市场主流，原理是材料受力产生形变，并转化为材料电阻变化进行测量；光学式是通过光纤、光栅反映形变，再转化为力；压电式通过形变改变电荷；电容式通过极距变化改变电压。
表3：常见的力传感器类型
技术类型
原理
代表企业
应变片式
采用硅应变片或金属箔，将材料形变转化为电路阻值变化
ATI、鑫精诚、蓝点触控、坤维科技、宇立仪器、海伯森、Sintokogio、Bota Systems AG、SCHUNK、埃力智能等
光学式
通过光纤、光栅反映形变，再转化成力
OnRobot、松果体、华力创等
压电/电容式
电容通过极距变化改变电压，压电通过形变改变电荷
Robotiq、Robotous、WACOH-TECH、Kistler等
资料来源：《2023年协作机器人产业发展蓝皮书》，源达信息证券研究所
2023年中国六维力传感器市场中，国产厂商份额约占30%。中国六维力传感器市场格局较为集中，TOP10厂商合计份额达69.5%。其中国外企业如ATI、Epson等仍占据较大份额，国外企业合计占国内市场的70%。国产公司中，宇立仪器市场份额较为领先，达38.1%。而蓝点触控、坤维信息和鑫精诚等国产公司也具备较强竞争力。此外柯力传感、昊志机电等公司也在积极投入该行业，后续市场份额有望提升。
图5：2023年中国六维力传感器市场格局
图6：2023年中国六维力传感器国产公司份额情况
资料来源：MIR睿工业，源达信息证券研究所
资料来源：MIR睿工业，源达信息证券研究所
二、人形机器人有望推动六维力传感器行业高速发展
特斯拉推动人形机器人商业化加速，Optimus迭代速度惊人。2021年8月，马斯克在特斯拉 AI DAY上首次提出Optimus的概念，并计划在未来让人形机器人取代人类从事部分危险工作和重复劳动。相比工业机器人，人形机器人的核心在于与智能化和类人化，所以智能制造、商业服务和家庭场景可能会是人形机器人的主要应用场景。2023年12月，特斯拉发布的Optimus Gen2已能完成单腿瑜伽等复杂动作，自2022年发布demo起仅两年，迭代速度惊人。而在人工智能大模型的发展加持下，人形机器人的“iPhone时刻”有望在不久到来。
图7：特斯拉Optimus系列机器人迭代历史
资料来源：机器之心，源达信息证券研究所
国产人形机器人加速迭代。2016年优必选推出Walker原型机，腿部拥有12个自由度，可以完成行走和上下斜坡的动作。2023年优必选推出工业版人形机器人Walker S，身高1.7米，体重60kg，可替换末端执行器，搭载41个高性能伺服关节以及多维力传感器，机器人自主运动及决策能力大幅提高，可在工业及商用场景广泛应用。
图8：优必选Walker系列机器人迭代历史
资料来源：优必选官网，源达信息证券研究所
人形机器人对力传感器需求明确。以Optimus为例，约需要14个力传感器、14个力矩传感器和4个六维力传感器，在人形机器人的腕部和踝部均需配备一个六维力传感器。
图9：人形机器人腕部需配备六维力传感器
图10：人形机器人踝部需配备六维力传感器
资料来源：坤维科技官方公众号，源达信息证券研究所
资料来源：坤维科技官方公众号，源达信息证券研究所
人形机器人的商业化推进有望打开六维力传感器市场空间。考虑到人形机器人产品成熟度的快速提升，我们假设2025年人形机器人正式商业化，并出货1万套，并在2026/2027年销量达5/10万套。同时基于人形机器人对零部件降本的要求，且六维力传感器规模放量降低生产成本情况下，假设2025-2027年六维力传感器价格由2万元降至1万元。则测算下若人形机器人出货量达到10万套，则能提供40亿元的六维力传感器市场增量。
表4：人形机器人蕴含的巨大商业想象力有望大大拓宽精密减速器市场空间
2025E
2026E
2027E
人形机器人出货量（万套）
1
5
10
六维力传感器需求（个/套）
4
4
4
六维力传感器价格（元/个）
20000
15000
10000
人形机器人用六维力传感器市场空间（亿元）
8
30
40
资料来源：特斯拉，源达信息证券研究所测算
根据GGII发布的《2024中国人形机器人产业发展蓝皮书》，预计2024年全球人形机器人销量为11867台，并预计至2030年销量有望达605680台，GAGR=92.60%。预计人形机器人蕴含的巨大市场潜力将会给六维力传感器行业带来远大市场空间。
图11：2024-2030年全球人形机器人销量预测（台）
资料来源：GGII，源达信息证券研究所
三、六维力传感器技术难点：串扰、精度及准度
串扰指标用来衡量多维力传感器各测量方向间的耦合影响，可以反映测量误差水平，是体现产品性能的关键指标之一。比较优秀的串扰指标在1%FS左右，2~5%FS比较常见。以六维力传感器为例。分别对六维力传感器的六个测量方向精确加载至各自的额定载荷，记录六个方向的测量结果，就做成了这个表格。载荷组1中，仅仅对Fx方向加载到额定载荷，并且假设加载方向和载荷值是非常准确的，所以Fx是100%FS，其它方向是0%FS。表格右侧Fy、Fz、Mx、My、Mz的测量结果就是在Fx作用下的串扰。因为此时Fy、Fz、Mx、My、Mz的理论真值都是0。Fy、Fz、Mx、My、Mz测量结果就体现了Fx对其它五个测量方向的耦合干扰情况。
图12：六维力传感器的串扰指标测量
资料来源：坤维科技公众号，源达信息证券研究所
精度和准度指标用于衡量六维力传感器的测量误差水平。1）多维力传感器精度衡量的是测量结果之间的重复性。其检定方法是，在相同环境条件下，在额定载荷范围内，进行多次重复联合加载相同一组载荷后，计算得到的传感器测量值的标准差，并除以量程；2）多维力传感器准度衡量的是测量结果与理论真值的偏离程度。其获得的方法是，对传感器进行多组多维联合加载，计算得到的传感器测量值与所加载荷理论真值之间的标准偏差，并除以量程。
图13：六维力传感器的精度及准度指标
资料来源：坤维科技公众号，源达信息证券研究所
四、国产企业在六维力传感器行业已具备强竞争力
国产企业已成为六维力传感器主流供应厂商。在国家政策支持及数年技术追赶下，国产六维力传感器厂商已进入业内第一梯队，部分产品成为行业标杆。目前国产企业宇立仪器、蓝点触控和坤维科技和进口企业ATI进入第一梯队行列，在产品性能、批量化生产能力和市占率方面均处于行业前列。此外柯力传感和昊志机电等国产企业均在加大行业投入，未来国产企业将占据六维力传感器市场的绝大部分，并将主导产品的降本普及和在人形机器人中的导入。
图14：中国六维力传感器厂商梯队分布
资料来源：MIR睿工业，源达信息证券研究所
根据共研网数据，国内六维力传感器市场集中度较高，CR5超过50%。其中ATI（美国）份额占比为22.4%、宇立仪器（中国）占比12.2%、Epson（日本）占比6.4%、蓝点触控（中国）占比4.8%、坤维科技（中国）占比4.7%。2023年中国六维力传感器市场中外资出货占比仍达67.9%，我们预计未来六维力传感器国产企业技术实力及产品力进一步提升下，2024-2027年内资出货占比有望从34.7%提升至54.7%。
图15：2023年中国六维力传感器市场格局
图16：中国六维力传感器市场内外资出货结构及预测
资料来源：共研网，源达信息证券研究所
资料来源：共研网，源达信息证券研究所
五、建议关注
1．东华测试
东华测试是国内力学测试领域的领军企业。公司在力学性能测试领域积累深厚，实现核心技术自主可控，业务板块可分为结构力学研究、结构安全性在线监测和防务PHM、民用PHM和电化学工作站四大板块。公司主要产品包括传感器、测试分析系统和软件平台。基于公司力学测试产品的通用性，公司有望向新能源、航天航空、工业和人形机器人等行业拓展，拓宽公司成长空间。
2024年上半年公司实现营收2.76亿元，同比+37.75%；归母净利润为0.74亿元，同比+65.11%。
图17：2018-2024年H1东华测试营收情况
图18：2018-2024年H1东华测试盈利情况
资料来源：Wind，源达信息证券研究所
资料来源：Wind，源达信息证券研究所
2．柯力传感
公司是国内智能传感器行业的领军企业，在国内称重传感器市场14年市占率保持第一。公司具备完善的管理价格和生产体系，并保持较高的产品研发投入。目前公司已加大了对光栅传感器、电量传感器、视觉传感器、激光传感器等多种物理量传感器的投入，并重视六维力传感器在人形机器人行业的发展机遇，捕捉行业发展机会。
截至2024年上半年，公司实现营收5．55亿元，同比+9.42%；归母净利润为1．17亿元，同比-16．57%。2024H1公司所持驰诚股份因股票价格波动，导致公允价值变动损益-2110.50万元，影响公司盈利。后续公司布局的多种物理量传感器有望迎来收获期，未来业绩增长空间值得期待。
图19：2018-2024年H1柯力传感营收情况
图20：2018-2024年H1柯力传感盈利情况
资料来源：Wind，源达信息证券研究所
资料来源：Wind，源达信息证券研究所
六、投资建议
1．建议关注
六维力传感器正处于行业发展的重要阶段，未来人形机器人的量产将大幅增加对六维力传感器的数量需求，并推动六维力传感器的生产成本降低，生产工艺进一步成熟，助力六维力传感器在更多行业的渗透应用。目前宇立仪器、蓝点触控和坤维科技等国产六维力传感器厂商已进入国内市场第一梯队；柯力传感、昊志机电等企业正在加快对该行业的投入；国内力学测试领军企业东华测试在力传感器领域具备自主可控的核心技术。未来国产公司有望充分受益六维力传感器的行业发展机遇。建议关注：东华测试、柯力传感等。
2．一致预测
表5：重点公司盈利预测
公司
代码
归母净利润（亿元）
PE
总市值（亿元）
2023E
2024E
2025E
2023E
2024E
2025E
东华测试
300354.SZ
1.8
2.4
3.1
21.6
16.1
12.6
39
柯力传感
603662.SH
3.4
4.1
4.9
19.6
16.1
13.8
67
资料来源：Wind一致预期（2024/9/13），源达信息证券研究所
七、风险提示
下游行业景气度不及预期；
行业竞争加剧；
人形机器人商业化不及预期；
在下游行业导入进度不及预期的风险。
