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為什么需要力控？位置和速度控制可以認(rèn)為是“硬約束”，即機(jī)器人只能在設(shè)定區(qū)間中運(yùn)行，而轉(zhuǎn)矩控制是“軟約束”或“柔性控制”，機(jī)器人可以根據(jù)場(chǎng)景需求而不斷調(diào)整作用力的大小，因此隨著機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化，轉(zhuǎn)矩控制的重要性愈發(fā)明顯。目前針對(duì)機(jī)器人硬件層面的力反饋測(cè)量主要有三種方式，應(yīng)變片式力矩傳感器、電磁式力矩傳感器和彈性體。三種方案的選擇和執(zhí)行器方案有著密不可分的關(guān)系，常規(guī)方案使用基于應(yīng)變片原理的力矩傳感器測(cè)量力反饋，SEA帶有剛度更低的彈性體，因此一般使用電磁式或應(yīng)變片式測(cè)量，而本體驅(qū)動(dòng)器則使用電環(huán)流的方案并取消了傳感器的配置。
　　我們需要怎樣的力傳感器？拆解傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，應(yīng)變片和彈性體在轉(zhuǎn)換信息過(guò)程中起到重要作用。相較于其他傳感器，應(yīng)變片式傳感器因其精度高、寬量程以及快速響應(yīng)等特點(diǎn)而被廣泛采用，目前主要應(yīng)用于各種工業(yè)和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，例如橋梁和建筑物的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，和機(jī)器部件的力學(xué)測(cè)試。相較于一維/三維，六維傳感器具備測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)迅速等特點(diǎn)。衡量傳感器性能的指標(biāo)有很多，包括靈敏度、精度、非線性誤差、解耦誤差等等。其中，以靈敏度、精度、工作頻帶和測(cè)量范圍為核心指標(biāo)度量。從上述的傳感器核心指標(biāo)可以看出，精度是力傳感器最為重要的衡量指標(biāo)，它決定著機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中對(duì)作用力的感知和反饋能力。而影響精度的因素很多，較為重要且解決技術(shù)難度較高的主要是維間耦合和無(wú)效負(fù)載兩個(gè)因素?，F(xiàn)有的解耦方法主要包括結(jié)構(gòu)解耦和軟件解耦。前者從硬件入手，通過(guò)彈性體等核心部件的設(shè)計(jì)和制造優(yōu)化，設(shè)法從根源上消除維間耦合，后者則是從軟件入手，通過(guò)合適的解耦算法降低或消除耦合誤差。對(duì)于工具重力負(fù)載，目前一般可通過(guò)算法解耦。而對(duì)于零點(diǎn)漂移而言，可通過(guò)溫度補(bǔ)償（用另外一個(gè)元器件的溫漂來(lái)抵消電路的漂移）、差動(dòng)式放大電路等方法抑制零漂問(wèn)題。
　　力傳感器的產(chǎn)業(yè)鏈剖析。從傳感器的生產(chǎn)工藝流程可以看出，彈性體的制造加工和應(yīng)變片的生產(chǎn)組裝是兩個(gè)較為重要的步驟。國(guó)外應(yīng)變片生產(chǎn)技術(shù)較為領(lǐng)先，其中以美國(guó)Vishay、德國(guó)HBM、日本的NMB為代表性企業(yè)。六維力矩傳感器從應(yīng)變片生產(chǎn)、彈性體設(shè)計(jì)、參數(shù)標(biāo)定等一系列環(huán)節(jié)都需要較高的技術(shù)工藝，國(guó)外比如ATI、OnRobot等在該行業(yè)已經(jīng)深耕多年，能夠?qū)崿F(xiàn)大量程、高精度、高準(zhǔn)度等性能優(yōu)勢(shì)，而我國(guó)在該領(lǐng)域起步較晚，當(dāng)前正積極入局的包括宇立、柯力等國(guó)內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)。
　　千億市場(chǎng)規(guī)模，有望受益人形機(jī)器人爆發(fā)?？紤]到成本、需求以及容錯(cuò)率等因素，我們認(rèn)為，人形機(jī)器人將率先在工業(yè)場(chǎng)景落地，隨后經(jīng)過(guò)技術(shù)優(yōu)化和成本下降，場(chǎng)景將逐步滲透到家庭和商用。對(duì)應(yīng)到市場(chǎng)空間，根據(jù)我們的測(cè)算，到2030年工業(yè)場(chǎng)景的需求量將達(dá)到328.4萬(wàn)臺(tái)，家庭&商用場(chǎng)景的需求量達(dá)到43.5萬(wàn)臺(tái)，整體市場(chǎng)規(guī)模接近400億美元。隨著人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的0-1爆發(fā)放量，我們認(rèn)為，六維傳感器作為機(jī)器人的重要零部件，將充分受益。
　　風(fēng)險(xiǎn)提示：硬件優(yōu)化不及預(yù)期、成本下降不及預(yù)期、產(chǎn)業(yè)政策不及預(yù)期