机器人行业深度报告系列之十七：灵巧手触觉感知场景落地关键

机械设备灵巧手触觉感知，场景落地关键看好——机器人行业深度报告系列之十七机械设备灵巧手触觉感知，场景落地关键看好——机器人行业深度报告系列之十七wangke@lilei@liujw@husj@husj@本期投资提示：器，通过此举在抓取物体时实现了更高的准确性和安全性。与品的涌现驱动了对感知能力的持续改进。触觉作为仅次于视觉的重要信息来源，为机实现真实场景应用提供了关键突破口。触觉传感器能够提供丰富的环境交互信息，包触觉传感器的发展促进了灵巧手技术的不断创新，各种类型的灵巧手如TRX-Hand、先技术和完备产品集成在全球保持竞争优势。国内触觉传感器企业如苏州能斯达、汉威科技：控股子公司能斯达深入布局柔性微纳传感器；②安培龙：主攻陶瓷电容式力传感：聚焦应变式传感器，多维传感器研发布局。行业及产业证券研究报告证券研究报告行业深度请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第2页请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第2页共36页简单金融成就梦想结论和投资分析意见人形机器人行业尚处发展初期，未来市场潜力巨大，国产厂商有望占据触觉传感器市场份额。国内触觉传感器技术起步较晚，但本土企业正在加速追赶，众多国内厂商开始在触觉传感器方向布局，虽市场份额主要被国外厂商垄断，但未来市场规模扩大以及国产替代加快会使国内厂商受益。建议关注：汉威科技、安培龙、敏芯股份、华培动力、原因及逻辑1）市场规模迅速扩大：触觉传感器市场规模稳步扩大，根据VerifiedMarketResearch数据，预计2028年全球触觉传感器市场规模将达到260亿美元，国内厂商已经开始布局。人形机器人、医疗设备是触觉传感器最主要的下游应用领域，在人机智能交互+设备自动化+智能家居等背景下，产能将不断扩大。2）国产替代加速：过去我国高端传感器主要依赖进口，国产厂商受技术、成本等限制难以突破。为攻克“卡脖子”技术限制，中央紧密出台政策，扶持高技术、高精尖行业发展，传感器行业发展迅速，我国高端传感器国产化趋势正在形成。有别于大众的认识市场对于人形机器人的触觉传感器技术方案存在分歧。我们认为，当前人形机器人触觉传感器技术尚未商业化落地，技术方案尚未定型，目前多条技术路线格局优势，并行发展，并在报告中对不同技术路线的特点和市场情况进行了详细的对比。市场对于传感器行业技术壁垒和国内厂商是否具有优势存在担忧。我们认为，国内厂商在技术上与国外厂商存在差距主要系国内产业链起步较晚，但近年来汽车、消费电子、工业等场景需求逐步释放，培育了一批优秀的国内传感器公司，国产产业链走向成熟，国产品牌份额全面提升。人形机器人作为新兴行业，国内外厂商处于同一起跑线上，国产厂商有望取得领先优势。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第3页请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第3页共36页简单金融成就梦想 7 7 8 2.力矩传感器：技术成熟，用于指尖与腕部等 3.柔性传感器：小批量应用，柔性化是最 4.MEMS传感器：工艺成熟，批量生产的最优路径 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第4页共36页简单金融成就梦想图1：OptimusGen2引入灵巧手触觉传感器，展示拿鸡蛋动作 7图2：参考人类的感知系统，人形机器人的各类传感器分布情况 8图3：触觉传感器按照原理分类，压电、压阻、电容、摩擦电式传感器应用较多8图4：压电式触觉传感器基于压电效应产生电流 9图5：压阻式触觉传感器基于压阻效应改变电阻 9图6：电容式触觉传感器基于电容变化实现触觉检测 图7：摩擦电触觉传感器基于相对运动产生摩擦电荷 图8：电感式触觉传感器基于线圈的自感互感 图9：光纤式触觉传感器基于光学参数获取被测参数 图10：视触觉传感器由接触模块、照明模块、图像采集模块和信息处理模块组成11图11：Optimus关节执行器集成力-力矩传感器 图12：因时机器人灵巧手集成6个力传感器 图13：三维力传感器可测量三个正交方向的力 图14：一种柔性电阻式三维力触觉传感器 图15：六维力传感器在人形机器人上分布在手腕、脚腕等部位 图16：六维力传感器按照原理分为多种类型 图17：中国六维力传感器出货量及预测 图18：中国六维力传感器市场规模及预测 图19：ATI的六维力传感器示意图和结构 图20：中国六维力传感器厂商市场份额 图21：国产厂商的份额持续提升 图22：柔性触觉传感器由基底（薄膜）、电极、功能材料（感性）等构成.......18图23：柔性触觉传感器的产业链上下游 图24：柔性触觉传感器的下游应用场景 图25：柔性传感器在医疗设备的应用 图26：柔性传感器在功能性、运动性服饰的应用 图27：2022全球柔性传感器市场规模19.3亿美元 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第5页共36页简单金融成就梦想图28：2022年中国柔性传感器市场规模21.1亿元 图29：全球柔性触觉传感器TOP5占据57%份额 图30：柔性传感器市场规模和国产化率同步上升 图31：MEMS行业发展历程 图32：MEMS行业发展历程 图33：2021年全球MEMS市场规模136亿美元 图34：国内MEMS行业市场规模不断扩大（亿元） 图35：2021年全球MEMS市场压力传感器占比14.7% 图36：2021年全球MEMS压力传感器市场21亿美元 图37：2020年中国MEMS压力传感器下游分布 图38：2020年全球MEMS压力传感器竞争格局 图39：MEMS压力传感器研发周期长，技术壁垒高 图40：微型化推动MEMS器件成本下降 图41：MEMS器件价格不断下降 图42：MEMS阵列式触觉传感器在灵巧手上的应用 图43：MEMS硅压阻式压力传感器 图44：MEMS硅电容式压力传感器 图45：一种MEMS六维传感器的研究案例 图46：全球触觉传感器市场规模预测 图47：海外头部企业占据触觉传感主要市场份额 图48：Tekscan传感器链接电子产品和计算机软件 图49：PressureProfileSystems公司的发展历程 图50：PPS电容式柔性传感器适合与人体皮肤接触 图51：汉威科技的收入和利润情况 图52：汉威科技的毛利率和净利率 图53：安培龙的收入和利润情况 图54：安培龙的毛利率和净利率 图55：敏芯股份的收入和利润情况 图56：敏芯股份的毛利率和净利率 图57：华培动力的收入和利润情况 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第6页请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第6页共36页简单金融成就梦想图58：华培动力的毛利率和净利率 图59：柯力传感的收入和利润情况 图60：柯力传感的毛利率和净利率 表1：不同原理触觉传感器各具优劣势 表2：灵巧手触觉传感器重要指标和含义 表3：全球部分灵巧手的执行和感知技术路线 表4：MEMS传感器和MEMS执行器主要类型 表5：MEMS传感器具有诸多优势 表6：Tekscan传感器有标准版本和高温版本 表7：国内外触觉传感器公司的信息梳理和对比 表8：重点公司估值表 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第7页请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第7页共36页简单金融成就梦想特斯拉第二代Optimus引入灵巧手触觉传感器，进一步完善手部功能。2023年12月13日特斯拉发布第二代Optimus视频，视频显示机器人手指腹部增加了黑色皮肤“触觉传感器”，并演示了双指拿鸡蛋的动作。第一代机器人曾展示过抓取较大物件的动作，通过视觉观察即可判断是否“抓住”，但是对于鸡蛋这种有重量、表面光滑、球形表面的物体，仅靠视觉无法判断是否“抓稳”，需要手部的压力和摩擦力等力反馈信息来综合判断，灵巧手上的触觉传感器为取得信息的核心器件。展望未来，人形机器人聚焦场景落地，感知层为重要突破口。2022年以来，全球各地的人形机器人原型机层出不穷，但初代产品大多数侧重于提升运动能力，实现平稳行走、快速行走、平衡等能力，经过一年以上的迭代，机器人的运动能力已基本实现；展望未来，人形机器人如要商业化落地，就必须落地具体的场景，实现具体的功能，而灵巧手的感知和操控是重要的突破方向。触觉是仅次于视觉的重要信息来源。人形机器人传感器作为模仿人类感知功能的产品，可以分为视觉传感器、听觉传感器、力觉传感器、触觉传感器、位姿传感器、嗅觉传感器、味觉传感器等多种传感器。其中，视觉为机器人提供最大的信息量，但视觉有时存在遮挡和误差情况，并且难以捕捉到接触交互信息。触觉是仅次于视觉的重要信息来源，广义的触觉包含接触觉、压觉、力觉、滑觉、冷热觉、痛觉等与接触有关的感觉，它能感知到的信息量很大，包括机器人与环境的交互情况，以及所接触目标的各种物理属性，如位置、形状、刚度、柔软度、纹理等。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第8页请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第8页共36页简单金融成就梦想图2：参考人类的感知系统，人形机器人的各类传感器分触觉传感器本质上是将接触面形状、压力、摩擦力、温度等信息进行感知识别和转换的传感器，其组成部分包括电极，敏感材料和导电材料等。按照敏感元件原理，触觉传感器可分为压电式、压阻式、电容式、摩擦电式、电感式、光纤式等，其中压电式、压阻式、电容式、摩擦电触觉传感器应用较为广泛。图3：触觉传感器按照原理分类，压电、压阻、电容、摩擦电式传感器应用较多请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第9页请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第9页共36页简单金融成就梦想（1）压电式触觉传感器压电式触觉传感器基于压电效应产生电流。常用的压电材料的是压电陶瓷和石英晶体。压电式触觉传感器刚度大，测量范围宽，线性及稳定性高，动态特性好，但由于其原理限制无法测量静态力。（2）压阻式触觉传感器压阻式触觉传感器利用弹性体材料的电阻率随压力大小的变化而变化制成。压阻晶体一般使用硅或者其他半导体材料。压阻式触觉传感器频响宽、精度高、系统鲁棒性好，主要的问题是延迟较大，撤去力之后需要15-20毫秒才能恢复。图4：压电式触觉传感器基于压电效应产生资料来源：《基于压电效应的触觉传感器设计及受力预测研（3）电容式触觉传感器电容式触觉传感器在外力作用下使两电极板相对位置发生变化，从而导致两极板间电容的变化，通过检测电容的变化量实现触觉检测。可分为变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介质型电容传感器三类。电容式触觉传感器对温湿度变化低敏感、响应时间快、滞后低、功耗低、器件结构较为简单，常被用于三维、六维传感器中。（4）摩擦电式触觉传感器摩擦电式触觉传感器利用两种不同材料之间发生相对运动产生摩擦电荷，形成一定的电势差，由静电感应电荷产生电信号输出。根据电极材料分为四种类型：导体电极、半导体电极、混合电极和水凝胶电极。摩擦电式触觉传感器有自供能、灵敏度高、快速响应、尖锐峰值等优点，多用于高精细行业。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第10页共36页简单金融成就梦想（5）电感式触觉传感器电感式触觉传感器通过测量线圈自感或互感系数的变化，将被测量的变化转化为电信号输出。可分为自感式传感器、差动变压式传感器和电涡流传感器三种类型。磁性材料一般为铁氧体，镍铁合金、铁氧体等软磁材料，有结构简单、灵敏度高、输出功率大、抗干扰能力强及测量精度高等优点。（6）光纤式触觉传感器光纤式触觉传感器在外界施加的力、温度等作用下，引起光学参数变化，进而可获被测参数。光纤传感器具有光纤及光学测量的特点和优势，比如尺寸小重量轻、耐腐蚀、易布设、无源传感、抗电磁干扰、传感精度高等。光纤传感器作为一种新型传感器，具有替代传统各类传感器的潜力和广阔的应用场景。究（7）视触觉传感器视触觉传感器利用视觉图像作为传感信息提供触觉感知。视触觉传感器由接触模块、照明模块、图像采集模块和信息处理模块组成。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第11页共36页简单金融成就梦想图10：视触觉传感器由接触模块、照明模块、图像采集模块和信息处理模块组成资料来源：《视触觉传感器设计制备及接触形状重构应用》，《Hardware表1：不同原理触觉传感器各具优劣势成本低宽动态范围、可承受大变形、器件结构简单、可在像素化传感器阵列中以高密度集成差低对温湿度变化低敏感、可作为能量收集设备、响应时间快，滞后低、功耗低、器件高不适用于监测恒定压力、电流小，高高高资料来源：《可穿戴电容式压力传感器的研究与应用》，申万人形机器人要发挥实际功能，灵巧手是关键部件，而触觉传感器能让机器人更准确感知和适应周围环境。从20世纪70年代开始，国内外对灵巧手进行广泛研究，涵盖了从三指到五指、从工业到生活、从简单抓取到复杂操作等方面，旨在解决实际作业难题。灵巧手上的核心器件包括感知单元（传感器）和执行单元（电机和传动结构过去机器人场景简单，具备基础的执行单元已经可以满足要求，随着未来场景复杂化和日常化，感知单元的重要性逐渐显现。机器人灵巧手的触觉传感器主要用于辅助机器人完成双手的操作，需要满足体积和性能等特点。（1）体积小：灵巧手的空间小、轻小，因此触觉传感器应满足体积小、重量轻的要求2）性能过关：通常力触觉传感器要求在量程、分辨率、精度、线性度、重复性、请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第12页共36页简单金融成就梦想响应时间等指标上达标，每个行业侧重点存在区别。机器人灵巧手的触觉传感器也需要满足相应性能要求，但总体而言低于汽车、军工等行业。表2：灵巧手触觉传感器重要指标和含义目前，机器人灵巧手触觉感知的主流技术路线有三种：（1）力/力矩传感器，置于手指内部力/力矩传感器是将力的量值转换为相关电信号的器件，能检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量，一般放置于手指内部，能感知外部一维/三维/六维度的力和力矩，具有精度高、量程大、对体积要求低等优点。（2）柔性传感器，即电子皮肤柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性、弯折性等,由于材料和结构灵活，可以根据应用场景任意布置。（3）MEMS压力传感器MEMS压力传感器是采用微电子和微机械技术工艺制造出来的微型传感器，受到压力表3：全球部分灵巧手的执行和感知技术路线TRX-Hand请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第13页共36页简单金融成就梦想XELAXELA触觉传感器由测量的力/力矩数量可分为一维、三维和六维传感器等。力矩传感器测量并输出在笛卡尔直角坐标系中各个坐标上的力和力矩，由测量的力、力矩数量可进行维度上的分类，一般分为一维、三维、六维传感器。随着测量维度提升，多维传感器有着高精度、协调性强、非线性特征显著等优势，在人形机器人领域得到广泛使用。一维力传感器仅能测量一个方向的力或力矩，主要分为力传感器和扭矩传感器。如果待测力的方向能完全与标定坐标轴重合，那么用一维力传感器就能完成测量任务；如待测力与标定坐标轴成一定夹角，或作用点不在标定参考点，则会产生测量偏差。根据Tesla2022AIDay信息，Optimus的关节执行器均使用关节式力/力矩传感器；国内灵巧手公司因时机器人的五指灵巧手在每个微型伺服电缸的尾端搭配压力传感器，用来反馈灵巧手的请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第14页共36页简单金融成就梦想三维力传感器能够测量三个正交方向的力。常用的三维传感器按照原理可分为：电阻式、电感式、电容式及光纤光栅式等。三维力传感器也可以和柔性传感器结合，论文《新型柔性三维力触觉传感器的设计与研究》提出一种新型柔性电阻式三维力触觉传感器，包括顶部PDMS凸起层、上下层敏感单元、上下层PET衬底柔性电极5层。图14：一种柔性电阻式三维力触觉传感器六维力传感器能够测量三个正交方向的力和力矩。即使待测力的方向任意变化，作用点不在标定参考点，六维力传感器也能完成测量任务。六维力传感器目前广泛应用于医疗健康、航空航天、智能机器人、工业运输等场景，新兴拓展领域为人形机器人。通常人形机器人使用4个六维力传感器，分布于手腕和脚腕等关节末端，采集与外界环境交互的数据信息，从而调整姿态和动作。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第15页共36页简单金融成就梦想图15：六维力传感器在人形机器人上分布六维力传感器按照原理分为多种类型，不同类型优势各不相同。六维力传感器按照原理来分，包括硅应变传感器、金属箔传感器、电容传感器、光学传感器、压电传感器。经过稳定性、刚度、动态特性、成本与信噪比五个维度的比较可知，硅应变传感器和金属箔传感器之间，硅应变片在稳定性、信噪比以及动态特性方面要更优，两者刚度上相差不多，但成本上金属箔要优于硅应变片；电容传感器和压电传感器之间，电容传感器成本最优，其他几项弱于压电传感器；光学传感器在动态特性方便明显具有优势。图16：六维力传感器按照原理分为多种类型六维力传感器目前场景局限，人形机器人行业将打开远期市场空间。根据睿工业数据，2023年中国市场六维力传感器出货量为9450套，同比增长17.4%；市场规模2.35亿元，同比增长14.3%。当下六维力传感器市场规模较小，主要因为价格昂贵、应用场景少，过请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第16页共36页简单金融成就梦想去柔性化生产是推动六维力销量提升的主要原因，增速呈现平稳增长状态；近两年更多厂商布局六维力传感器参与竞争，产品价格有所下降，应用场景不断拓展。随着未来人形机器人实现规模化落地，以及更多场景的需求被挖掘出来，六维力传感器的需求量和市场规模将快速上升。根据睿工业数据，预计2027年行业将迎来增速拐点，进入高速成长阶段，预计2030年六维力传感器的出货量和市场空间将分别增加到120.0万台和143.3亿元。图17：中国六维力传感器出货量及预测4002000300%250%200%150%100%50%销量（千台）yoy-销量（右）400250%200%150%100%50%市场规模（亿元）yoy-市场规模（右）ATI目前在国内六维力传感器市场份额最高。在1985年至2006年之间是全球重要的显示芯片公司，总部设在加拿大。ATI力/力矩传感器系统测量全部六个力和力矩，其原理为应变式。根据官网介绍，ATI的力/力矩传感器被广泛的应用与各个工业领域，如产品测试，机器人装配，打磨和抛光等；在研究领域被用于外科手术机器人，仿生机器人，康复机器人，以及神经学等其他不同的应用中。图19：ATI的六维力传感器示意图和目前六维力传感器集中度较高，但国产份额持续提升，未来有望延续这一趋势。2023年ATI、宇立仪器分别占22.4%、12.2%，TOP10厂商共占据接近70%的份额；外资品牌仍然占据主导，但份额已持续下降，从2020年的80.9%下降至2023年的67.9%。同时，国产品牌的份额持续提升，一方面，国内厂商的技术不断进步，技术差距缩小；另一方面，请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第17页共36页简单金融成就梦想国内品牌的性价比优势和本体化服务有限明显。未来随着人形机器人不断成熟，逐步实现商业化落地和规模化生产，国内品牌将进一步发挥在性能、性价比、服务和响应速度等方面的优势，份额取得进一步提升。图20：中国六维力传感器厂商市场份额25%20%图21：国产厂商的份额持续提升60%40%20%外资占比内资占比柔性传感器又称“电子皮肤”，具有柔性化特征，并且能够测量力、温度等特征。柔性传感器最大的特点是柔软可弯曲、重量轻、强大的可扩展性等，材质最接近人类皮肤，因此具有研发和产业化价值，目前正处于研发和小批量应用阶段，目前电容式、压阻式柔性传感器应用较多。柔性触觉传感器主要由基底材料、电极材料、功能层材料构成。基底材料是柔性触觉传感器的基础，是决定传感器弹性形变性能的关键因素。电极材料主要用于传输电信号。功能层材料则是传感器的核心部分，能够将外部的力、温度、湿度等物理量转化为电信号。（1）基底材料：决定传感器弹性性能的关键因素。基底材料起着支撑和保护传感器的作用，要求它具有良好的柔韧性、耐腐蚀性、绝缘性以及温度稳定性等。常用的柔性基底材料有PET、PI、PDMS、Ecoflex、NR、TPU等。（2）电极材料：电信号传输。传统的电极一般为金属材料，其本身不具有柔性，多采用减薄金属膜层厚度或设计特殊结构等方法赋予其柔性，这将极大地提高成本且制备工艺复杂。目前，液态金属和导电水凝胶的发展为其提供了新思路。（3）功能层材料：柔性触觉传感器的核心部分。将外部的力、温度、湿度等物理量转化为电信号。具有优异力电特性的功能层材料是决定柔性触觉传感器性能的关键，多采用金属基材料、碳基材料及导电橡胶等。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第18页共36页简单金融成就梦想柔性触觉传感器具有柔软、生物贴合性强、轻薄便捷等特点，适用的下游场景广泛，包括人形机器人、智能穿戴、医疗检测、智能床垫、感压笔、耳机、按摩椅、足底检测等。目前，柔性传感器正处于从实验研发过渡到产业落地阶段，已在医疗设备、可穿戴设备等领域落地，在人形机器人电子皮肤等应用处于探索阶段。图23：柔性触觉传感器的产业链上下游（1）人形机器人皮肤人形机器人未来走向场景落地，包括工厂、家庭等，将对柔性化、安全性的人机交互提出更高要求。理想状态下，柔性触觉传感器可以让机器人有着像人类皮肤一样的具有柔韧性的“电子皮肤”，并且拥有类似于人类皮肤的触觉、力觉、温度感知等。（2）医疗设备请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第19页共36页简单金融成就梦想由于柔性触觉传感器与医疗健康设备的天然适配，具有广阔的应用前景。目前概念及试点产品包括电子纹身、智能绷带、智能衣物等。其中，常见的产品包括智能创可贴、智能绷带、柔性血氧计等。（3）可穿戴设备柔性触觉传感器的柔性化特征，使其适用于人机交互场景，目前在功能性服饰和运动类服饰上有所应用。例如，针对沙漠等恶劣环境工作人员穿着的智能服装，温湿度传感器不仅能够检测工作人员的生命特征，也能对外部环境进行监测，利于工作人员随时掌握自身的健康状况及环境情况。图24：柔性触觉传感器的下游应用场景图25：柔性传感器在医疗设备的应用图26：柔性传感器在功能性、运动性服饰的应用请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第20页共36页简单金融成就梦想全球柔性触觉传感器市场规模不断扩大，国内市场规模稳步上升。随着人们对智能化产品的需求增加，全球柔性触觉传感器市场份额将继续扩大，2022年全球柔性触觉传感器市场规模为19.31亿美元。中国柔性传感器市场规模在过去几年中呈现快速增长的趋势，并有望在未来继续扩大，2022年中国柔性触觉传感器行业市场规模为21.12亿元。864202017年2018年2019年2020年2021年2022年502017年2018年2019年2020年2021年2022年柔性触觉传感器由海外企业主导，产品国产化率逐步上升。柔性触觉传感器市场主要参与者分布在北美和欧洲，2022年全球前五大厂商占有大约57.1%的市场份额。国内柔性触觉传感器需求量和供给量不断上升，国产化率逐步提高。42.90% 57.10%Novasentis、Tekscan.Inc.、JapanDisplayInc.、BaumerCanatu、钛深科技、汉威科技、埔慧科技等图30：柔性传感器市场规模和国产化率同步上升4000200002017年2018年2019年2020年2021年2022年30%25%20%15%10%5%产量（万个）需求量（万个）国产化率（%，右）柔性触觉传感器的发展瓶颈在于性能平衡、材料制备和生产成本，未来随着技术进步和成本降低，应用场景有望进一步扩大。①性能的优化和平衡：柔性触觉传感器需要具备高灵敏度、快速响应、高稳定性等性能特点，而这些性能往往相互制约，难以同时满足。例如，提高灵敏度可能会牺牲稳定性，而快速响应则要求电路设计和处理算法的优化。②柔请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第21页共36页简单金融成就梦想性材料的选择和制备：不同原理的传感器在柔性材料上遇到的困难不尽相同，如压阻式柔性触觉传感器在使用柔性材料时，主要有灵敏度和测量范围有限、滞后性大、温度稳定性差等问题；电容式柔性触觉传感器电路复杂，易受电磁干扰和寄生电容影响，主要研究集中在探索新材料和新结构上。③生产成本较高：目前大多数柔性触觉传感器仍然依赖于传统的微加工技术，尚未实现大规模生产，生产成本还有下降空间。MEMS全称Micro-Electro-MechanicalSystem，即微机电系统，是一种微制造技术。MEMS是集微型传感器、执行器、机械结构、电源能源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微米或纳米级器件或系统，具有体积小、功耗低、响应迅速、性能稳定等优点，产品尺寸一般都在3mm×3mm×1.5mm，广泛应用于物联网、生物医疗、智能家庭设备、可穿戴设备、军事航空等高精尖领域。MEMS产品主要包括MEMS传感器和MEMS执行器。MEMS传感器用于探测和检测物理、化学、生物等现象，按照产品特点可分为惯性、压力、声学、环境、光学传感器；MEMS执行器用于实现机械运动、力和扭矩等行为，按照产品特点可分为光学MEMS、微流控、射频MEMS、微结构、微型扬声器、超声指纹识别等。器加速度计、陀螺仪、磁传感器、惯性传感组气体传感器、湿度传感器、颗粒传感器、温气体传感器、湿度传感器、颗粒传感器、温器请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第22页共36页简单金融成就梦想MEMS产业链包括芯片设计、晶圆制造、封装测试以及系统应用四个环节。MEMS行业主要有Fabless和IDM两种经营模式：①采用Fabless模式的MEMS企业主要负责MEMS产品的设计与销售，将生产、封装、测试等环节外包；②采用IDM模式的国际企业，如博世、意法半导体、亚德诺半导体、霍尼韦尔等，经营范围覆盖了芯片设计、晶圆制造和封装测试等各环节。MEMS传感器优势明显，体现在小型化、批量生产、降本潜力等方面。①微型化：MEMS器件体积小，一般单个MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位，重量轻、耗能低。②硅基加工工艺，可兼容传统IC生产工艺：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨，同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺。③批量生产、降本：以单个5mm*5mm尺寸的MEMS传感器为例，用硅微加工工艺在一片8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约1000个MEMS芯片，批量生产可大大降低单个MEMS请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第23页共36页简单金融成就梦想的生产成本。④集成化：单颗MEMS往往在封装机械传感器的同时，还会集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及转换模拟量为数字量输出。4.2压力传感器空间广阔，国产厂商任重MEMS市场容量迅速扩张，2021年全球和中国的MEMS行业市场规模分别达到为136亿美元、837亿人民币。按照下游来分，目前消费电子、汽车、医疗、工业、通信等领域为主要的下游领域；按照品类来分，目前压力传感器、麦克风、惯性传感器等为主要的MEMS传感器类型。80.0060.0040.0020.002019年2020年2021年2022E2023E2024E消费电子汽车工业医疗国防航天通信40020002019年2018年2019年2020年2021年2022E2021年压力传感器在全球MEMS市场中占比14.74%，市场规模20.88亿美元，因为具有体积小、重量轻、易于集成等特点，因此广泛应用于汽车电子、消费电子、工业、MEMS压力传感器由海外巨头主导，高精度MEMS压力传感器是国内“卡脖子”技术。2020年博世占据全球MEMS压力传感器市场份额33%，其余主要被泰科电子、英飞凌、森萨塔等公司占据，市场集中度较高，国内企业的市场占有率极低。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第24页共36页简单金融成就梦想惯性传感组合陀螺仪压力传感器麦克风喷墨打印头磁力计热电堆频射MEMS微测辐射热计其他4.03%2.75%0.63%惯性传感组合陀螺仪压力传感器麦克风喷墨打印头磁力计热电堆频射MEMS微测辐射热计其他4.03%2.75%0.63%6.34%2.00%2.00%3.00%7.00%博世泰科电子英飞凌森萨塔科技恩智浦霍尼韦尔安费诺意法半导体得捷电子33.00%4.00%5.00%5.00%6.00%7.00%9.23%8.97%9.23%8.97%21.86%21.86%4.76%4.76%504.60%47.70%47.70%汽车电子消费电子工业医疗航空航天技术壁垒高、产业链尚处初期、企业盈利难为主要的门槛和壁垒。作为全球最大的电子产品生产基地，我国每年消耗大量的MEMS器件，但大部分仍依赖于进口。国内生产的MEMS传感器主要以中低端市场为主，技术水平相对滞后。国内企业主要面临的壁垒为：（1）技术壁垒高，研发周期长：MEMS传感器技术壁垒高主要体现在复杂的制造工艺、多学科知识需求、材料和封装的挑战，以及对高度精准测试和校准的要求，导致MEMS传感器的研发和生产需要投入大量资源和技术。因此，MEMS企业面临较高的资金壁垒和技术研发壁垒。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第25页共36页简单金融成就梦想20002001200220032004200520002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019（2）国内MEMS产业链发展时间短，尚处初期阶段：国内整个MEMS产业链发展较晚，均处于投入阶段，盈利比较困难，尚未出现在国际市场上具有领导地位的企业，整体竞争力较弱；而楼氏、英飞凌等全球领先企业在MEMS行业发展历史更长，行业经验更加丰富，为苹果、三星、华为等全球知名的消费电子品牌供货，已形成品牌、产品、渠道等方面的护城河，是十分强大的竞争对手。（3）头部企业技术降本，国内厂商盈利困难：国外领先的MEMS企业不断更新技术，推动成本的降低。例如，在消费电子领域，对轻薄化的需求促使了MEMS器件尺寸的缩小，制造商一方面改进封装结构以确保产品性能的同时减小器件尺寸，另一方面在保持单片晶圆尺寸稳定的情况下，通过同步缩小芯片尺寸来增加产量，从而有效地降低了平均成本。而国内公司尚处于研发初期，面临着降低成本的困难，利润空间受到进一步挤压。MEMSMEMSASP（美元）3210请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第26页共36页简单金融成就梦想随着人形机器人走向产业落地，触觉感知需求逐步释放，MEMS压力传感器在灵巧手上的应用迎来发展机遇。以灵巧手Uskin为例，其触觉传感器方案采用XELA公司的阵列式三维力触觉传感器（电容式），具有1×1、2×1、2×2、4×4、4×6多种规格，具有你小巧、轻薄、柔软、耐用，布线少等优点。MEMS压力传感器按原理主要分为硅电容式和硅压阻式。它们都是在硅基底上制造的微型传感器，但工作原理各有差异。①电容式：当受到压力时，上下两个横隔之间的间距变化，导致隔板之间的电容变化，据此可以测算出压力大小。②压阻式：由一个带有硅薄膜的底座和安装在其上的电阻结构组成，当外力施加时，电压与压力大小成比例变化产生一维MEMS压力传感器是当下市场主流产品，MEMS压力传感器向多维方向发展。目前市面上的MEMS压力传感器在原理上大多为一维传感器，多维MEMS压力传感器因请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第27页共36页简单金融成就梦想其小型化难度大、制造成本较高等问题仍未量产。然而随着更多高精细场景对传感器的应用要求提高，MEMS压力传感器向高维发展是当下的趋势。全球触觉传感器主要厂商包括Tekscan、PressureProfileSystems、SensorProductsInc.等，2021年前三大厂商市场份额约65%。海外头部厂商先进的制造技术、丰富的研发经验以及全球化的市场布局，在全球触觉传感器市场中保持着竞争优势。国内布局触觉传感器的厂商主要包括苏州能斯达(汉威科技)、奥迪威、力感科技、帕西尼感知科技和钛深科技等。根据帕西尼官网数据，2020年全球触觉传感器市场规模为112.5亿美元，预计2028年将增长到260亿美元。图46：全球触觉传感器市场规模预测资料来源：VerifiedMarketResearch，申万宏图47：海外头部企业占据触觉传感主要市场份额资料来源：QYResearch，申万宏源研究请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第28页共36页简单金融成就梦想 （1）Tekscan：全球触觉传感器头部公司，技术领先，产品集成完备Tekscan是1987年成立的美国一家高科技公司，其柔性薄膜压力传感器及集成产品占据主要市场，在触觉传感领域保持世界领先地位。Tekscan的专利触觉和压力传感解决方案为客户提供优化产品设计和改善临床和研究结果所需的可操作信息。Tekscan柔性薄膜压力传感器提供多种形状和尺寸，还提供0-14kPa至0-207MPa的各种压力范围，以及定制设计的形状、尺寸、灵敏度和高温版本。高温版本（需定制）资料来源：Tekscan官网，申万宏源（2）PPS：主攻电容式触觉传感器，人体皮肤接触性能优秀PressureProfileSystems于1996年在美国成立，业务涵盖体压图、医疗设备、机器人、训练模拟等。公司产品主要为电容式柔性压力传感器，适用于直接与人体皮肤接触。电容式传感器电极可由任何导电材料（导电布、FPCB、金属夹具）制成，因此其传感器具有较高的灵敏度、可重复性、稳定性和设计灵活性。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第29页共36页简单金融成就梦想PPS产品ConformableTactArray(CTA)是一种电容式压力传感器，适合与人体皮肤接触。其由柔软的导电布制成，是一种灵活的电容式传感器阵列，可适应不同程度的曲率，还可以定制将其安装在复合曲率上。单独使用时，CTA的布状表面适合与人体皮肤接触，通常可集成到可拉伸的布带或面罩中。国内企业发展较晚，但也涌现出一批提前布局触觉传感器的优质企业，如能斯达、帕苏州能斯达电子科技有限公司成立于2013年，是创业板上市公司汉威科技的成员企业，公司专注于柔性微纳传感技术的研发和产业化，目前已形成了自主知识产权的多品种、多量程的柔性微纳力学量传感器（压力、压电、应变）及阵列的核心设计能力，解决了柔性微纳传感器灵敏度低、稳定性差和规模化制造难等关键技术难题。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第30页共36页简单金融成就梦想（电容式）3、标配Chameleon（电容式）3、标配Chameleon帕西尼是一家拥有前沿触觉核心及自动化技术的公司，致力于打造感知更加智能的机器人系统，提升人机交互体验，并在新兴领域探索创新，为客户和社会带来更先进、智能的科技应用。公司创始成员来自于日本早稻田大学机器人实验室，实验室拥有最前沿技术并发布了世界上第一款人形机器人。国内外触觉传感器公司的信息梳理如下：表7：国内外触觉传感器公司的信息梳理和对比Tekscan感器（压阻式）2、增强稳定性系列（ESS）格式器（压阻式）1、基于纳米聚合物的触觉表面传感器；式）XELA感器（压阻式）1、产品实现在医疗器械部分核心器件的国产替代；式）1、已应用于触觉灵巧机器人Tora等产品；2、实现与人形机器人式）请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第31页共36页简单金融成就梦想感器（压阻式）2、灵敏度可根据客户使用离电式触使用离电式触觉传感传感器（离电式）(一）汉威科技：控股子公司能斯达深入布局柔性微纳传感器汉威科技作为气体传感器头部公司，致力于智慧系统解决方案。公司以传感器为核心，将传感技术、智能仪表技术、数据采集技术、地理信息和云计算等物联网技术紧密结合，形成了“传感器+监测终端+数据采集+空间信息技术+云应用+AI”的系统解决方案。业务应用覆盖传感器、智能仪表、物联网综合解决方案、公用事业及居家智能与健康等行业领域，在所涉及的产业领域中形成了相对领先的优势。子公司苏州能斯达柔性微纳传感技术领先，已应用于智能机器人领域。苏州能斯达积极拓展柔性微纳传感器的应用领域，已成功开发具有自主知识产权的多品种、多量程的柔性微纳传感器，涵盖压力、压电、应变和织物等多个类型，并具备核心设计、敏感材料合成以及导电墨水制备等关键能力。目前，柔性微纳传感器目前已在智能机器人领域有明确的应用，并与小米科技、九号科技、深圳科易机器人等积极开展业务合作。50-52018201920202021202250%收入（亿元）yoy-收入（右）归母净利润（亿元）收入（亿元）yoy-收入（右）图52：汉威科技的毛利率和净利率2018201922018201920202021202225%20%-5%毛利率归母净利率请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第32页共36页简单金融成就梦想（二）安培龙：主攻陶瓷电容式传感器，开拓MEMS传感器领域安培龙专业从事热敏电阻领域，陶瓷电容式压力传感器打破国际技术壁垒。公司专业从事热敏电阻及温度传感器、氧传感器、压力传感器研发、生产和销售，拥有从陶瓷材料研发到热敏电阻及传感器生产制造的完整产业链。公司结合热敏电阻及温度传感器产业化过程中对陶瓷材料的深入研究，打破了国外公司对陶瓷电容式压力传感器的技术壁垒。公司开拓MEMS传感器领域，MEMS硅压阻式压力传感器已实现量产。近年公司在MEMS技术平台的研发领域持续加大投入，成功自主设计了MEMS压力传感器芯片。通过逐步实现MEMS低压压力传感器、硅微熔高压压力传感器的产业化，并与陶瓷电容式中压压力传感器展开协同合作，覆盖低、中、高压全量程。这使得公司产品得以满足汽车和家电行业绝大部分应用场景的需求，提供了高度可靠的解决方案。7654321020182019202020212022140%120%100%80%60%40%20%0%收入（亿元）yoy-收入（右）归母净利润（亿元）收入（亿元）yoy-收入（右）40%25%20%20182019202020212022毛利率归母净利率（三）敏芯股份：MEMS声学传感器供应商，实现全生产环节国产化敏芯股份MEMS声学传感器出货量全球领先。公司是一家以MEMS传感器研发与销售为主的半导体芯片设计公司，目前主要产品线包括MEMS麦克风、MEMS压力传感器和MEMS惯性传感器。2018年公司MEMS声学传感器出货量全球排名第四，2021年MEMS声学传感器中MEMS芯片的出货量全球排名第三。掌握多品类MEMS芯片设计制造，实现全生产环节国产化。在现有MEMS传感器芯片设计、晶圆制造、封装和测试等各环节拥有自主研发能力和核心技术，并实现了MEMS传感器全生产环节的国产化。公司MEMS传感器广泛应用于消费电子产品，同时也逐渐在汽车和医疗等领域扩大应用，目前已使用公司产品的品牌包括华为、传音、小米、三星、OPPO、联想、索尼、九安医疗、乐心医疗等。请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明第33页共36页简单金融成就梦想4.03.53.02.52.01.51.00.50.02018201920202021202220182019202020212022收入（亿元）yoy-收入（右）归母净利润（亿元）收入（亿元）yoy-收入（右）图56：敏芯股份的毛利率和净利率40%30%20%10% 20182019202020212022毛利率归母净利率（四）华培动力：主业为动力总成业务，深耕MEMS传感器领域公司主营动力总成业务，产品主要围绕汽车领域。动力总成业务涵盖的主要产品为汽车发动机涡轮增压系统的核心零部件，包括放气阀组件、涡轮壳和中间壳及其他零部件等。产品最终应用于宝马、长城等知名整车厂。公司作为二级供应商供应放气阀组件、涡轮壳和中间壳等产品给一级供应商，客户包括博格华纳、盖瑞特、三菱重工、石川岛播磨、博马科技、德国大陆等全球知名涡轮增压器整机制造商。专注压力传感器，子公司盛邦具备陶瓷电容、MEMS压阻等核心技术。公司已掌握车规级MEMS压力芯片大批量生产封装技术，具备芯片版图设计、模拟仿真、应力仿真、热流仿真、前道流