21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者 魏笑 實(shí)習(xí)生宋家哲 深圳報(bào)道
力感知能力是各行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵性難題，因此智能力傳感器成研發(fā)熱點(diǎn)。
“現(xiàn)階段，幾乎各行業(yè)都需要力覺感知能力以滿足精細(xì)化與智能化的需求。以醫(yī)療場(chǎng)景為例，腹腔鏡手術(shù)，經(jīng)自然腔道手術(shù)，介入手術(shù)等紛繁的手術(shù)過(guò)程中，器械無(wú)法量化表示力的大小，因而醫(yī)生只能依靠手感操作，這為診察及手術(shù)過(guò)程帶來(lái)了很大的不確定性?！比A力創(chuàng)科學(xué)聯(lián)合創(chuàng)始人魚晨博士向記者表示。
從傳感器產(chǎn)業(yè)鏈上下游來(lái)看，上游主要是傳感器制造原材料供應(yīng)。傳感器產(chǎn)業(yè)鏈中游主要是各類傳感器的制造和封裝等，其下游應(yīng)用場(chǎng)景廣闊，有機(jī)器人浮動(dòng)打磨，自動(dòng)化裝配，助力自行車，仿生機(jī)器人，醫(yī)療機(jī)器人等。
其中，相較于傳統(tǒng)力傳感器，六維力傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、研制難度大。一直以來(lái)，國(guó)外企業(yè)處于強(qiáng)勢(shì)地位。數(shù)據(jù)顯示，2022年中國(guó)力傳感器市場(chǎng)依然以外資品牌為主導(dǎo)，國(guó)產(chǎn)份額低于30%。
但隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)不斷加大研發(fā)創(chuàng)新力度，不少企業(yè)已研發(fā)出多維力傳感器。成立于2019年的華力創(chuàng)科學(xué)，其旨在為各行業(yè)提供基于光學(xué)原理的高性能智能力覺傳感器；同時(shí)將視覺系統(tǒng)及智能控制算法集成“視-觸”覺融合機(jī)器人，為客戶開發(fā)整體力控解決方案。
力傳感的“皇冠明珠”
目前機(jī)器人力控方案大致有3種，分別為電流環(huán)力控、多維力矩/力傳感器力控、被動(dòng)力控（彈性體），其中多維力矩/力傳感器力控是當(dāng)前力控的最佳方案，其硬件包括關(guān)節(jié)部位的單軸力矩傳感器和機(jī)器人執(zhí)行器末端的六軸力傳感器。
圖：華力創(chuàng)科學(xué)Photon 系列力傳感器
不同于普通的單軸力傳感器，六維力傳感器更高級(jí)，擁有更多的測(cè)量維度，能夠測(cè)量物體在三維空間內(nèi)的所有受力情況，被廣泛應(yīng)用在機(jī)器人等行業(yè)中。
六軸力/力矩傳感器可以感受六維的力和力矩信息，可測(cè)量在任何方向、任何軸上的應(yīng)用負(fù)載，并能承受額定測(cè)量范圍5到20倍的過(guò)載。典型應(yīng)用案例包括KUKA LBR iiwa機(jī)械手等機(jī)械臂及特斯拉Optimus人形機(jī)器人，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)執(zhí)行器處配置了力矩傳感器后，機(jī)器人能做到控制抓握力道不打碎雞蛋。
市場(chǎng)潛力方面，在下游工業(yè)企業(yè)數(shù)智轉(zhuǎn)型需求增加，打磨、裝配等細(xì)分場(chǎng)景面臨人力短缺問題的情況下，力傳感器和完整機(jī)器人解決方案的市場(chǎng)需求或?qū)⒈３衷鲩L(zhǎng)。智研咨詢數(shù)據(jù)顯示，2022年我國(guó)拋光打磨機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)96.1億元，同比增長(zhǎng)18.7%。
據(jù)中金研報(bào)，力傳感器為精準(zhǔn)測(cè)力的產(chǎn)業(yè)化主流選擇。其中，六維力傳感器為力傳感皇冠明珠，在打磨等場(chǎng)景中用于機(jī)器人末端夾爪，該行認(rèn)為人形機(jī)器人有望帶來(lái)強(qiáng)勁市場(chǎng)增量。僅考慮全球協(xié)作+人形機(jī)器人場(chǎng)景，該行測(cè)算2025年新增六維力傳感市場(chǎng)近50億元。
值得注意的是，多維力矩傳感器的技術(shù)壁壘也較高。多維力傳感器不僅要解決對(duì)所測(cè)力分量敏感的單調(diào)性和統(tǒng)一性難題外，也要解決因結(jié)構(gòu)加工和工藝偏差引起的維間（軸間）擾亂難題、動(dòng)靜態(tài)標(biāo)定難題以及矢量運(yùn)算中的解耦算法和電路實(shí)現(xiàn)等。
因技術(shù)壁壘較高，國(guó)內(nèi)可量產(chǎn)的企業(yè)較少，美日企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯。國(guó)際上六維力矩傳感器主要研究單位有美國(guó)DRAPER實(shí)驗(yàn)室、斯坦福研究所、JPL實(shí)驗(yàn)室、IBM公司和日本的日立公司、東京大學(xué)等，龍頭公司以美國(guó)ATI為主。
智研咨詢測(cè)算，海外進(jìn)口拋光打磨機(jī)器人產(chǎn)品數(shù)量占總裝機(jī)量比例約為55.9%，但近年來(lái)這一比例一直呈下降趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)廠商憑借價(jià)格優(yōu)勢(shì)，以及研發(fā)創(chuàng)新，正逐漸獲得市場(chǎng)話語(yǔ)權(quán)。
國(guó)內(nèi)企業(yè)正崛起
目前國(guó)內(nèi)企業(yè)也正在逐步崛起。其中，華力創(chuàng)科學(xué)基于光學(xué)的力/力矩傳感技術(shù)，研發(fā)的Photon系列智能力傳感器，包括六軸力傳感器，單軸和三軸傳感器，均可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
Photon力傳感器
