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六维力传感器,如何成为资本热捧的“香饽饽”?

发布时间:2025-04-14
作者:e-works 夏豪
关键词:六维力传感器 工业自动化
近期,六维力传感器受到资本热捧。坤维科技完成B轮融资,投资方包括小米产投、舜宇产业基金、深创投、高瓴创投等,在现有1.5万台/年标定能力基础上新增3万台/年产能;鑫精诚传感器完成首轮融资近亿元,资金用于MEMS六维力传感器生产线建设和新产品研发;华力创科学获数千万元A+轮融资,专注于高性能光学多模态感知技术(包括六维力传感器),为人形机器人等领域提供高效解决方案……六维力传感器如何成为资本热捧的“香饽饽”?
01 资本为何纷纷押注?

       六维力传感器是一种能够同时测量物体在三维空间中受到的三个方向的力和三个方向的旋转力矩的设备。作为人形机器人实现主动柔顺控制的核心部件,其通过实时反馈精准的力学信息,让人形机器人的动作更加连贯、柔顺和自然,并使人形机器人具备像人类一样边调整边工作的能力。六维力传感器不仅解决了传统机器人刚性控制下动作僵硬的痛点,更为人形机器人在精密装配、医疗康复、服务交互等复杂场景中的应用提供了关键技术支撑——这也是资本纷纷押注六维力传感器的重要原因。

       以Optimus为例,其配备了四个六维力传感器,分别在它的腕部和踝部。六维力传感器安装在手腕部位,可以精确反馈抓取物体时腕部所用力的大小和方向,帮助机器人实现精细的腕部操作。在脚腕或足底安装六维力传感器,有助于机器人在行走和平衡控制中感知地面的反作用力,以便机器人控制系统可以调整人形机器人手臂和身体的姿态,提高行走稳定性。六维力传感器在识别力的精度方面,一般误差在0.2牛顿以内。这就意味着机器人能准确“拿捏”鸡蛋,也能“明白”钢板的坚硬程度。

图1 Optimus“拿捏”鸡蛋演示视频(来源于特斯拉官方网站)

02 六维力传感器的“感官密码”

       想象一下,当你用手推门时,你的大脑不仅能感知到“推”的力度,还能感知到门是否在“转动”或“倾斜”。六维力传感器就像人的触觉神经,其核心功能是同时测量三维空间中的三个力(Fx, Fy, Fz)和三个力矩(Mx, My, Mz),提供精准力觉反馈。

       以应变片式六维力传感器为例,其结构与三明治类似,分为上台、下台,中间则是测力梁与应变计。当外力作用在传感器上时,一般会经过四个步骤输出相应数据:

图2 应变片式六维力传感器与内部结构图(来源于昊志机电官方公众号)

       第一步:力的作用会让传感器内部的测力梁发生微小的形变,就像你按压皮肤时的凹陷。这种形变会传递到传感器内部的应变计。

       第二步:信号转化,应变计把“形变”转化成“电信号”。应变片式传感器,形变导致电阻变化,产生电信号;光学式传感器,形变改变光栅或光纤的光信号,转化为电信号;压电式传感器,形变产生电荷,转化为电信号。

       第三步:信号解耦,由于力和力矩会同时作用,传感器会收到混合信号,就像你同时推门和转动门把手,通过复杂的算法,如矩阵运算,传感器将这些混合信号解耦为独立的六维数据Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz。

       第四步:数据输出,解耦后的数据通过接口,如CAN总线、以太网,传输终端设备的控制系统。终端设备则可以根据这些数据调整动作,比如抓取力度、拧螺丝的角度等。

       在第二步中,由于信号转换的传感元件不同,六维力传感器主要分为以下三类。

表1 不同类型六维力传感器原理及优缺点

       应变片技术历经长期验证,生产工艺标准化程度高,结合弹性体结构设计可灵活实现紧凑集成;其材料及制造成本显著低于光纤、压电等方案,经济性优势突出;同时,模拟信号输出天然兼容主流工业系统,配合温度补偿、滤波调理等成熟抗干扰技术,能够在复杂工况下保持稳定输出。尽管其他传感原理在特定性能指标上存在优势,但应变片式凭借高性价比、强环境鲁棒性及规模化应用经验,仍最契合工业领域对稳定性与实用性的核心需求。因此,目前市场应用的六维力传感器大部分是应变片式。当然,六维力传感器被誉为力传感器领域的“全能型旗舰”主要是取决于自身的特点与优势。

       六维力传感器与其他力传感器的核心区别在于其能够同时捕捉物体在三维空间中六个维度的力学信息。相比而言,普通传感器如压力传感器、三维力传感器,仅能检测某一个或某几个维度的力或力矩,无法同时识别六个维度的力学信息。

       此外,六维力传感器核心优势体现在四方面:

       高精度与灵敏度,可检测微小力及力矩变化;

       毫秒级实时响应,能够支持动态场景的快速调整;

       多维数据融合能力,整合力与力矩信息以精准解析复杂受力状态;

       以及强环境适应性,通过温度补偿和抗干扰技术,在工业、医疗等严苛环境中稳定工作。

       这些特性使其成为机器人精密操作(如微创手术、精密装配)、航空航天载荷监测及人机协作等对精度和安全性要求极高的领域的核心部件,而传统传感器因维度缺失和响应局限,难以应对此类场景的复杂需求。

03 从手术台到太空均有其身影

       一个硬件或技术想获得资本的青睐,它至少得证明其自身的使用价值与未来广阔的应用前景。对于六维力传感器来说,它已经在多个高价值领域展现了不可替代的作用,并且随着智能化浪潮的推进,其应用场景正在快速扩展。以下是六维力传感器的主要应用场景及其未来潜力:

       1 医疗领域

       当前,在手术领域,六维力传感器的应用大幅提升了手术的精准度与安全性。例如,在进行脑肿瘤切除手术时,医生通过操作控制台,依据传感器反馈的力信息,能够精准控制手术器械的力度和方向,在切除肿瘤的同时,减少对周围正常神经和血管组织的损伤,降低手术风险,提高手术成功率。

       未来,随着医疗机器人普及,六维力传感器将在更多手术场景中应用,如骨科、神经外科等。结合AI和5G技术,六维力传感器将支持远程手术,提升医疗资源可及性。

       2 工业机器人

       在协作机器人(Cobot)中,六维力传感器目前主要用于力控打磨、装配、抛光、焊接等精密作业。例如,搭载六维力传感器之后,焊接过程中机器人可通过接触寻位定位方式对焊接件进行定位,快速生成最佳焊接轨迹,有效解决大批量工件焊接放置时出现偏差的问题,避免热变形,使焊缝更美观、焊接质量更稳定、焊接效率更高。同时,六维力传感器被安装在机器人的手腕、脚踝等关键部位,用于感知外部环境的力和力矩。例如,小米CyberOne人形机器人通过六维力传感器实现精准抓握和避障。

       随着工业4.0的不断推进,六维力传感器将在更多高精度制造场景中得到应用,比如半导体封装和精密仪器组装等领域。结合数字孪生技术,六维力传感器能够实现远程力控操作,这将大幅提升智能制造的水平,促进产业升级。

       3 汽车工业

       在汽车碰撞测试中,六维力传感器用于测量碰撞瞬间的多维力学数据,优化车身设计。在底盘调校中,六维力传感器帮助工程师分析悬架系统的受力情况,提升驾驶舒适性。

       智能驾驶技术正在如火如荼的发展,六维力传感器也将更多用于自动驾驶系统的力反馈控制,如方向盘扭矩感知。在新能源汽车中,六维力传感器将用更多于电池包的结构安全测试。

       4 航空航天

       在卫星姿态控制中,六维力传感器用于测量推进器的推力和力矩,确保精准变轨。在飞行器风洞测试中,六维力传感器用于分析气动载荷,优化飞行器设计。

       商业航天正逐渐成为未来航空航天发展的主流之一,相应的,六维力传感器将在更多航天器中应用,如可重复使用火箭的姿态控制。在无人机领域,六维力传感器将用于精准载荷投放和复杂环境飞行。

04 典型六维力传感器玩家现状

       由于人形机器人的爆火,为机器人提供精准力觉反馈的六维力传感器也迎来了新的发展机遇。市场层面,据高工机器人产业研究所(GGII)数据显示,预计到2027年中国市场六维力传感器市场规模将超过15亿元,复合增长率超过45%;销量有望突破84,000套,复合增长率超过60%,其中机器人行业销量有望突破42,000套。这些数据表明,六维力传感器技术拥有巨大的想象空间,将是一个可持续的“风口”。当前,国内六维力传感器厂商,如坤维科技、宇立仪器、鑫精诚、海伯森、蓝点触控、神源生智能、瑞尔特测控等均已有相关的产品落地并进入产业化应用,并在准度(Accuracy)指标上与国外产品平分秋色。

表2 国内外主要厂商六维力传感器准度对比

       六维力传感器厂商本身的综合实力是衡量其市场竞争力的重要标准,包括技术积累、市场定位、服务网络等关键要素。毕竟,传感器行业的竞争已从单一参数比拼转向全链条能力的较量,只有具备深厚技术底蕴和全球化视野的企业,才能在长期发展中持续引领行业。接下来,本文将重点介绍在技术实力、应用场景覆盖范围以及市场口碑方面表现突出的六维力传感器厂家。

       ATI:世界领先的六维力传感器公司,产品销售遍布全球

       美国ATI是世界领先的机器人零部件供应商。ATI成立于1989年,总部位于美国北卡莱罗纳,生产基地位于美国和中国,销售和服务组织遍布全球。ATI致力于机器人零部件制造,主要产品包括多维力传感器、自动工具快换装置、伺服设备、机器人防碰撞传感器等。主要涉及的下游产业包括机器人、航空航天、生物医药、自动化、电子、学术科研、核工程等。ATI的六维力传感器的市场占有率和产销量都占据全球领先地位。

       宇立仪器:汽车测试设备起家,积淀深厚产品丰富

       宇立仪器在力觉传感器领域有深厚的经验。南宁宇立仪器有限公司(SRI),创立于2007年,是一家集生产、研发于一体的技术密集型企业。宇立仪器原是由汽车碰撞假人领域起家,2010年进入机器人行业,2022年进军辅助驾驶测试系统ADAS领域。公司主营多轴力传感器、力控打磨设备和汽车测试设备,在多轴力传感器设计领域有积累近20年的经验,在汽车行业和工业机器人领域具有较强的竞争优势,是全球仅有的具有汽车碰撞假人多轴力传感器生产能力的两家企业之一。公司的主要服务领域包括汽车测试与安全、机器人/系统集成、工业自动化以及医疗等,90%的产品出口到欧、美地区,其典型客户包括全球大部分汽车企业、美敦力Medtronic、ABB、KUKA、YASKAWA和高校研究所等。

       坤维科技:源于航天测试,主攻机器人赛道

       坤维科技于2018年成立,目前正处快速成长通道。坤维科技是一家致力于提供高精度力觉传感器及力控解决方案的高新技术企业。公司主要开发面向机器人及其他智能装备行业的力觉传感器产品。坤维科技已掌握力觉测量核心技术,拥有多轴力/力矩传感器结构优化、六轴联合标校技术、高精度串扰解耦算法、高精度智能型嵌入式数采电路等多项技术,且在多轴力测量领域有大量的工程实践经验。

       蓝点触控:年轻企业发展迅速,从零部件到解决方案产品全面

       蓝点触控成立于2019年,在多维力传感器、关节扭矩传感器、机器人力控技术等方面拥有深厚的经验积累和技术优势,其六维力产品已在医疗、卫浴、航空航天、3C、汽车、重工等多个行业规模化落地,应用于打磨、装配、医疗手术机器人、焊接、工业自动化、科研等众多领域,在中、美、德、日、韩、西班牙、加拿大及澳大利亚等众多国家和地区得到了深度良好的应用。

       值得注意的是,国产品牌成本优势显著,国产化未来可期。目前六维力传感器价格昂贵,国产六维力传感器价格大概在1-6万元/个,而海外老牌厂商生产的六维力传感器售价显著高于国内,如ATI的六维力传感器产品单价可达10万元/个。

       随着国产厂商在核心技术上的持续突破与成本优势的凸显,六维力传感器的市场格局正悄然重塑。从宇立仪器的行业积淀到坤维科技的航天基因,再到蓝点触控的快速崛起,这些企业不仅填补了国内高端传感器领域的空白,更以更具竞争力的解决方案加速了国产替代的进程。未来,在人形机器人、精密制造等新兴需求的驱动下,六维力传感器技术将持续进化,为智能化时代注入更强的“触觉智慧”。

05 写在最后

       在资本的加持下,六维力传感器技术正成为撬动机器人智能化未来的关键支点。这种传感器通过精准捕捉三维空间中的力与力矩信息,赋予机器人媲美人体的“触觉神经”——从工业机械臂的柔性装配到人形机器人的灵巧抓取,从医疗手术的微操控制到家庭服务的细腻交互,六维力传感器正以毫米级的精度和毫秒级的响应,重新定义机器与物理世界的交互方式。其核心技术突破不仅在于高灵敏度的应变片矩阵与抗串扰算法,更在于通过弹性体结构优化和AI融合技术,将复杂的力学信号转化为可决策的智能数据,让机器真正“感知”到推、拉、扭转等力学语言的细微差异。相信,随着机器人产业驶入快车道,六维力传感器或将迎来爆发式创新。