中投網(wǎng)2025-05-07 10:11 來源：中投顧問產(chǎn)業(yè)研究大腦
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汽車行業(yè)是我國制造業(yè)的第一大產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值超過10萬億。那么，下一個能夠接近甚至超過汽車行業(yè)規(guī)模的制造業(yè)是哪個？沒錯，就是“人形機器人”產(chǎn)業(yè)。人形機器人在政務、工業(yè)、商業(yè)和家庭各個領(lǐng)域都有很多的應用場景可以挖掘，將是一個數(shù)萬億甚至十萬億的巨大藍海市場。
對于一個城市或一家企業(yè)，如果未來十年錯過了人形機器人的產(chǎn)業(yè)機會，那就相當于過去十年錯過了新能源汽車的產(chǎn)業(yè)機會，一個百年一遇的巨大產(chǎn)業(yè)機遇將與你無緣。
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在人形機器人日益走進我們生活的今天，你是否好奇它們是如何像人類一樣感知周圍世界的呢?答案就藏在各種各樣的傳感器之中，這些傳感器如同機器人的“五官”與“神經(jīng)末梢”，賦予了它們感知環(huán)境、了解自身狀態(tài)的超能力。
一、傳感器分類：內(nèi)外兼修，感知全方位
機器人傳感器根據(jù)檢測對象的不同，天然地分成了兩大陣營——外部傳感器和內(nèi)部傳感器，它們就像是機器人的“對外觸角”與“自我感知神經(jīng)”。
內(nèi)部傳感器專注于感受機器人自身的狀態(tài)，堪稱機器人的“身體內(nèi)參監(jiān)測儀”。位置傳感器如同精準的“導航儀”，實時告知機器人各個部件處于什么方位;速度傳感器則像一個“速度計”，讓機器人清楚自身移動或動作的快慢;加速度傳感器宛如靈敏的“動感捕捉器”，能察覺運動狀態(tài)的瞬間變化;力覺傳感器好似機器人的“力量感知肌”，感知受力情況，便于精準調(diào)控動作力度，確保每一次操作都恰到好處。
外部傳感器則負責探測機器人所處的環(huán)境以及各種狀況，是機器人認識外界的“窗口”。接近覺傳感器如同機器人的“預警雷達”，當物體靠近時能及時察覺，避免碰撞;聽覺傳感器讓機器人擁有“順風耳”，能聆聽聲音指令、捕捉環(huán)境聲響;嗅覺傳感器為機器人賦予“靈敏嗅覺”，在一些特殊場景下可檢測氣味;視覺傳感器無疑是機器人的“眼睛”，攝取周圍環(huán)境的圖像信息，看清世界模樣;觸覺傳感器恰似“指尖觸感神經(jīng)”，使機器人觸摸物體時能感知質(zhì)地、形狀等特征。
二、人形機器人傳感器：精細布局，各司其職
(一)頭部：智慧之眼與靈敏之耳
人形機器人的頭部是信息采集的關(guān)鍵部位，主要配備視覺傳感器、語音傳感器，這一對組合堪稱機器人的“智慧之眼”與“靈敏之耳”。視覺傳感器捕捉周圍環(huán)境的圖像，識別物體、人臉，判斷距離與方位，為機器人的行動決策提供視覺依據(jù);語音傳感器則專注于聆聽人類的指令、對話，實現(xiàn)人機交互的順暢溝通。
對于夜間巡檢安防機器人而言，頭部還額外配有紅外成像傳感器，宛如賦予它們一雙“夜視眼”。在黑暗環(huán)境中，紅外成像傳感器利用物體自身的紅外輻射成像，讓機器人能清晰洞察周圍動靜，及時發(fā)現(xiàn)潛在危險，守護一方安寧。
(二)身體周邊：避障先鋒
機器人身體周邊主要部署接近覺傳感器，像是TOF激光測距離傳感器、超聲波雷達等，它們組成了一道嚴密的“避障防線”。當機器人在復雜環(huán)境中穿梭時，這些傳感器實時監(jiān)測周邊物體距離，一旦檢測到有物體靠近且可能引發(fā)碰撞，便迅速向機器人“大腦”發(fā)出預警信號，讓機器人及時調(diào)整行進路線，避免碰撞事故。同時，它們還能在視覺傳感器存在盲區(qū)時，發(fā)揮“補盲”作用，確保機器人全方位感知無死角。
(三)機身表面：碰撞防護盾
機身表面的碰撞傳感器，如關(guān)聯(lián)開關(guān)、壓力薄膜等，則是機器人的最后一道“安全防護盾”。壓力薄膜如同一張敏銳的“感知皮膚”，緊密覆蓋于機身表面，當機器人不慎與外界物體發(fā)生碰撞時，能直接、快速地感知碰撞力度與位置，觸發(fā)相應保護機制，比如緊急制動或調(diào)整姿態(tài)，最大程度減輕碰撞損傷。
(四)內(nèi)部：狀態(tài)洞察者
深入機器人內(nèi)部，這里隱藏著眾多監(jiān)測自身狀態(tài)的傳感器。溫度、濕度傳感器如同貼心的“環(huán)境管家”，確保內(nèi)部電子元件工作在適宜的溫濕度環(huán)境下，避免過熱、受潮引發(fā)故障;壓力傳感器實時監(jiān)控內(nèi)部氣壓，保障機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定運行;慣性、位置、速度、加速度等傳感器則持續(xù)為機器人提供自身運動狀態(tài)信息，助力精準控制動作，讓機器人的每一步、每一個動作都穩(wěn)定且協(xié)調(diào)。
三、因“驅(qū)”而異與力傳感器：成本大頭，突破關(guān)鍵
不同驅(qū)動方式的機器人，對傳感器的需求也存在差異。液壓驅(qū)動機器人由于其特殊的液路系統(tǒng)，需要額外配備液路控制傳感器，實時監(jiān)測液壓油的壓力、流量、溫度等參數(shù)，確保液路運行穩(wěn)定、安全;而電壓驅(qū)動機器人則無需此類傳感器，簡化了傳感器配置。
在機器人的位控與力控方面，傳感器的布局更是精妙。位控上，直線位傳感器專注于直線關(guān)節(jié)的位置監(jiān)測，保障機器人肢體在直線運動時精準到位;力控則細分多個部位，足底力控依靠六維力傳感器，實時感知腳底受力情況，讓機器人在行走、站立時保持平衡穩(wěn)定;關(guān)節(jié)力控在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)配備扭矩傳感器，精確掌控旋轉(zhuǎn)力度，直線關(guān)節(jié)則使用一維力傳感器，確保動作力度精準;手部力控更是精細，推拉力傳感器與壓力薄膜(觸覺傳感器)協(xié)同工作，讓機器人手部既能輕柔拿捏脆弱物品，又能穩(wěn)穩(wěn)抓取重物。手腕處的六維力傳感器還能進一步輔助手部動作精細化，感知多方向受力。
值得一提的是，力傳感器在人形機器人成本結(jié)構(gòu)中占據(jù)了高達30%的比重，成為目前人形機器人傳感器領(lǐng)域的主要突破方向。以特斯拉Optimus為例，其視覺感知系統(tǒng)別具一格，主要依托特斯拉FSD的計算機模組和方案，面部配備8個汽車同款Autopilot攝像頭，這種創(chuàng)新配置取代了傳統(tǒng)機器人頭部常用的視覺傳感器。在運動部分，它在脖子、手、腿以及軀干等關(guān)鍵部位搭載了40個機電傳動器，使得全身能夠展現(xiàn)出200個以上不同角度的動作，無限接近人類的靈活姿態(tài)。
從成本拆解來看，力傳感器成本不菲。一個機器人理想狀態(tài)下需要4個六維力傳感器，當前國產(chǎn)六維力傳感器價格在25000元左右，僅此一項花費就約10萬元。關(guān)節(jié)方面，一臺人形機器人大約需要10個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)力控扭矩傳感器，國產(chǎn)價格在4000-5000元，總成本接近5萬元。此外，預計一維力傳感器將在人形機器人手部以及直線關(guān)節(jié)大量使用，總共約需26個。這三類力傳感器的總成本加起來，穩(wěn)穩(wěn)占據(jù)了機器人總成本的30%，可見其在人形機器人發(fā)展進程中的關(guān)鍵地位，未來降低成本、提升性能的技術(shù)突破迫在眉睫。
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