隨著機器人技術的快速發展，機器人應用越來越聚焦于機器人與環境發生交互的場景，如打磨拋光、柔順裝配、醫療康復等，對機器人柔順控制的需求快速增長。對人形/四足機器人、外骨骼機器人而言，柔順控制對于復雜地形的通過能力、人機柔順交互能力也非常重要。力矩和位置結合，機器人可以實現更加柔性的控制。
力矩傳感器又稱扭矩傳感器，可在各種旋轉或非旋轉機械部件上對扭轉力矩感知進行檢測，將扭力的物理變化轉化為精確的電信號，具有精度高、頻響快、可靠性好、壽命長等優點。力矩傳感器是機械臂的關鍵部件之一，可為機械臂提供實時的力和力矩信息，實現機械臂對操作對象的力感知，從而協助機械臂完成精細和智能的操作任務。
人形機器人中，六維力矩傳感器主要用在對柔順控制要求高的手腕和腳踝。按照測量維度，力矩傳感器可分為一至六維力矩傳感器，其中一維傳感器、三維傳感器和六維傳感器最為常見。六維力傳感器也被稱為六軸力/力矩傳感器、F/T傳感器，用于精確測量X、Y、Z三個方向的力信息和Mx、My、Mz三個維度的力矩信息。人形機器人中，對柔順控制要求高的手腕和腳踝或將使用六維力矩傳感器，而身體的其他關節將使用關節扭矩傳感器（單維）。
按照壓力原件分類，硅應變片式力傳感器性能最優，壓電式轉換元件主要應用在非六維力傳感器中。根據轉換元件的不同，傳感器主要分為應變式力傳感器、光學式傳感器以及壓電式力傳感器：
1）應變式力傳感器：采用的是硅應變片或金屬箔，壓電式傳感器可分為電容和壓電兩種。其原理都是轉換元件應變片隨力敏元件同時發生形變，導致自身電阻值、電壓差、光柵變化，通過電信號反應力和力矩的改變。硅應變片能夠保持高剛度、穩定性和信噪比，缺點是成本較高、制作工藝復雜；
2）光學式元件：測量范圍較廣、抗電磁干擾能力強，但缺點是剛性偏弱，并且對環境的要求較高；
3）壓電/電容式元件：擁有高靈敏度和高分辨率，并且環境適用性較強，但缺點是電路復雜，信號漂移難以抑制。
不同轉換元件類型力傳感器的測量原理
| 類型 | 測量原理 |
| 應變片 | 應變片形變后自身電阻值變化 |
| 光學式 | 轉換元件形變后通過光柵反映形變 |
| 電容式 | 形變后極距的變化導致電壓變化 |
| 壓電式 | 形變后改變電荷 |
數據來源：觀研天下數據中心整理
根據觀研報告網發布的《中國六維力矩傳感器行業現狀深度研究與發展前景分析報告（2025-2032年）》顯示，六維力測量的需求最早來自航空航天飛行器研究領域，安裝在飛行器內部的六維力傳感器用來測量飛行器的空氣動力學特性，逐漸應用到汽車測試、生物力學、機器人等領域。隨著機器人技術的不斷進步，機器臂在噴涂、上下料、分揀、碼垛、焊接等應用場景中的技術已經相對成熟。
我國形成了比較完善的工業機器人產業鏈，已具備從上游核心零部件到中游本體制造再到下游系統集成的全產業鏈自主生產能力。近年來，在國家政策的推動下，中國工業機器人產量得到快速增長。2024年中國規上工業機器人產量55.6萬套，同比增長14.2%。
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從2024年中國工業機器人市場銷量結構來看，六軸機器人銷量占比為63.97%；SCARA機器人銷量占比為23.86%；協作機器人銷量占比為10.53%；并聯機器人銷量占比為1.64%。
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六維力矩傳感器的應用領域，主要包括工業機器人、人形機器人、汽車、電子、醫療、航空航天等。機器人是六維力矩傳感器的重要應用領域。2023年12月，特斯拉發布OptimusGen2的更新視頻。視頻顯示，六維力矩傳感器于應用于Optimus的手腕及腳踝處，使Optimus結構更簡潔，對力的感知和控制效果更好。
在人形機器人領域，大致分為以下三個方向做硬件層面的力傳感器與力反饋測量：1）電流環：通過電機的電流閉環做力閉環反饋控制，適用于直驅電機或者帶小減速比的應用場景，如小型阻抗控制的人機交互的機械臂和小型四足，MITCheetah等；2）力/力矩傳感器:直接使用六維力/力矩傳感器。在人型機器人之中，通常將力/力矩傳感器安裝在：1)腳掌與踝關節之間；2)機械手與腕關節之間；3）彈性體:設計彈性體集成在驅動器對外輸出端之前，往往會形成SEA，通過彈性體形變測量力矩，往往適用于人型機器人集成度較高和驅動器輸出力矩要求較高的應用場合。
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全球六維力和力矩傳感器廠商主要分為歐美、日韓、國產三大陣營：1）歐美地區廠商：可分為傳統傳感器制造商如ATI、Bota、Kistler等和全球知名機器人末端工具生產商如OnRobot、Robotiq等，后者主要和本地區協作機器人廠商合作，包括優傲機器人、達明機器人等。2）日韓廠商：六維力和力矩傳感器廠商主要有Wacoh-Tech、Robotous等，主要配套本地區機器人廠商發那科、安川等。3）國內廠商：以宇立儀器為代表，已經在全球市場開始和歐美、日韓廠商同臺競技，國內廠商還有坤維科技、鑫精誠、海伯森、藍點觸控、神源生智能、瑞爾特測控等。
全球主要六維力和力矩傳感器廠商
| 廠商 | 簡介 |
| Baumer | 1952年以電器開關起家，后逐漸開發光學傳感器、編碼器、力矩、溫度、壓力傳感器等產品，業務領域覆蓋食品飲料、鋼鐵冶金工程機械、軌道交通、生物制藥、工業自動化等領域的測量與控制。 |
| Interface | 1968年以稱重傳感器起家，逐漸開發矩補償器、力矩校準器、多維力和力矩傳感器等全套力矩測試產品技術，成為力測量解決方案集成商，業務領域覆蓋工業自動化、航空航天、汽車等眾多領域。 |
| ATI | 1989年成立，主營工具快換裝置、多維力矩傳感器、拋光打磨工具等機器人末端執行器，2021年被NOVANTA以2.239億美金收購ATI,作為集團進軍工業自動化的技術支撐。 |
| HBM | 1950年以位移傳感器起家，不斷拓展應變片、稱重、力和力矩傳感器產品，并開展傳感器OEM代工業務。2000年被Spetris收購，并與Brüel&Kj?r合并成HBK公司，作為硬件技術輔助集團進軍航空航天、汽車、軌道交通等領域的力測試業務。 |
| Optoforce | 2012年以機器人力矩傳感器起家，2018年與PerceptionRobotics、onrobot三家公司合并而成現在的onrobot,成為協作機器人解決方案集成商，Optoforce主要負責六維力矩傳感器的研發生產。 |
| Bota | 衍生于蘇黎世聯邦理工學院機器人系和NTUA控制系統實驗，目前專營面向拋光打磨、組裝示教場景的協作機器人傳感器 |
| AIDIN | 衍生于韓國Sungkyunkwan大學機器人創新實驗室，以力矩、近覺傳感器、智能抓手為主，主營協作機器人的力控解決方案。 |
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2007年，宇立儀器成立，成為我國唯一具有汽車碰撞假人多軸力傳感器生產能力的企業，將多維力傳感器引入汽車耐久試驗領域，與上汽、大眾等車企展開合作，解決了這個領域卡脖子的問題。業務領域從汽車碰撞假人拓展至工業、手術機器人等，同時進軍機器人智能打磨行業。坤維科技2018以航空航天六維力矩傳感器技術起家，主營工業自動化、醫療、航空航天、工業測試等領域的力控解決方案。宇立儀器擁有六維力和力矩傳感器機械加工、貼片、焊接等全流程完整自主知識產權，生產工藝獲得CNAS認證，同美國規范一致。
國內主要力矩傳感器生產廠商
| 品牌 | 簡介 |
| 宇立儀器 | 作為全球領先的六軸力傳感器供應商，產品應用于機器人及自動化、汽車碰撞測試、汽車耐久測試、生物力學和通用試驗設備等多個領域。自2007年以來，宇立儀器設計生產了9大系列，200多個型號的多軸力傳感器，從一軸至六軸，都有相應的產品。擁有4500平米的生產車間，包括機械加工、潔凈傳感器生產車間、組裝車間和測試車間等完善的生產體系。在打磨、裝配和協作機器人的力控產品方面都有一定的國際影響力。 |
| 藍點觸控 | 從事高精度、高性能力傳感器以及力控產品研發和生產，在多維力傳感器、關節扭矩傳感器、機器人力控技術等方面擁有深厚的經驗積累和技術優勢，現已形成了Wrist六維力傳感器、Joint關節扭矩傳感器、力控應用軟件包等多個產品系列。 |
| 海伯森(漢宇集團) | 公司在光學精密測量、工業2D/3D檢測、機器人智能應用等領域形成了成熟的產品矩陣，主營產品包括3D閃測傳感器、3D線光譜共焦傳感器、點光譜共焦位移傳感器、超高速工業相機和六維力傳感器等。2021年，海伯森HPS-FT系列六維力傳感器獲得全球協作機器人大廠丹麥優傲(universal-robots)獨家認證，成為國內首家獲得"UR+"官方認證的高端智能化傳感器研發生產企業。 |
| 坤維科技 | 成立于2018年，創始團隊均來自航天科研機構，從事智能型多軸力傳感器研發、生產及應用，掌握力覺測量核心技術，具備自主知識產權。公司的核心產品——六維力傳感器，以其先進的力敏元件及其固化技術、標定檢測技術、核心算法、智能化硬件賦予機器人、精密制造、測試與測量、航空航天、大健康等領域革命性的機器力覺產品及解決方案，產品性能穩定，準度(含串擾)可優于0.5%FS。 |
| 鑫精誠 | 成立于2021年，專注于微型壓力、稱重、多軸力、扭力等多樣化的智能傳感器與控制儀表等工業級產品的創新研發和精益生產。為3C自動化設備、精密醫療、農業、新能源鋰電、機器人、半導體、航空鐵路等領域提供“力控系統解決方案”與技術創新，以及高校產學研合作。 |
| 神源生智能 | 成立于2012年，致力于力測試技術的研究及產業化，主營產品包括多維力傳感器、力矩傳感器、測力平臺、剛度儀等，已應用于航空航天、機器人、自動化、科研教學等行業，并已經銷售至美國、德國、丹麥、瑞典等歐美國家。 |
| 瑞爾特測控 | 成立于2013年，致力于提供力測與自動化控制解決方案，研發、生產精密微小型測力傳感器、扭矩傳感器、多維力傳感器、稱重 |
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六維力矩傳感器廣泛應用于航天航空、汽車測試、生物力學和機器人等眾多科技領域，行業出貨量持續走高。2023年中國六維力矩傳感器行業出貨量約為0.95萬臺，2024年約達到1.12萬臺。
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六維力矩傳感器單價昂貴，根據e-motionsupply和愛采購網站數據，ATI旗下機器人常用的mini45、axia80m8、nano43型號產品進口價格全都超過3萬元人民幣，大型傳感器omega191進口價格在10.5萬元。國產廠商海伯森產品標價為4.5萬元，FUTEK實驗用大型六維力傳感器價格在10萬-20萬之間。
不同六維力矩傳感器價格比較
| 公司 | 型號 | 應變片種類 | 價格 |
| ATI | Mini45TitaniumSeries | 硅應變片 | USD8983.0 |
| ATI | Mini58Series | 硅應變片 | USD7047.9 |
| 坤維科技 | KWR116 | 金屬應變片 | USD2687.0注 |
| 坤維科技 | KWR96A | 金屬應變片 | USD3857.0 |
| 海伯森 | 060S | 金屬應變片 | CNY40000.0 |
| 瑞爾特 | T521 | 金屬應變片 | CNY38000.0 |
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隨著機器人技術的不斷發展，對六維力傳感器的需求也在不斷增加。六維力傳感器是實現柔順與智能化控制的關鍵，尤其在力控精度要求高的場景中至關重要。隨著AI技術發展和政策扶持，人形機器人商業化進程加快，預計2025年后市場將迅速擴張。盡管人形機器人處于起步階段，預測其滲透率超過20%后將爆發式增長。人形機器人規模增長潛力巨大，將成為六維力傳感器未來最具潛力的應用場景之一。
數據來源：觀研天下數據中心整理(zppeng)
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