2023年以来,人形机器人产业如火如荼,北京、上海、深圳等地也陆续建设人形机器人创新中心。
马上就要在美国拉斯维加斯举行的2024年国际消费类电子产品展览会(CES)自然也少不了人形机器人的身影。开普勒公司的人形机器人将首次亮相,英伟达特别演讲也将涵盖人形机器人等多个领域。
1月3日和4日,三花智控和拓普集团先后公布50亿机器人零部件扩产项目,作为特斯拉的一级供应商加快布局人形机器人领域,充分体现对人形机器人发展的信心,有力推动人形机器人的量产。
2024年,我们有望见到更多人形机器人新机型的出现。
那么,在人形机器人最重要的零部件有哪些呢?
人形机器人作为智能设备,和新能源汽车智能驾驶系统一样,也是由控制、感知、执行三大部分组成。
人形机器人强调具身智能,需要能够感知并理解周边环境,并且保持和周边环境的信息交互,因此对感知和信息交互的性能要求更高,传感器的重要性也更加明显,传感器的质量和技术水平将直接影响到机器人的性能和稳定性。
这些传感器能够让机器人拥有视、力、触、嗅、味等多方面感知能力,不仅能从外部赋予机器人感知功能,还能用于检测机器人自身的内部工作状态,通过对各关节的位置、速度、温度、载荷、电压等信息进行探测和了解,有效保证和提升机器人自身动作准确性和灵敏度;更推动机器人智能化和信息化升级。
在智能机器人中,传感器用量大,成本占比也非常高。以特斯拉Optimus机器人为例,它所使用的各类传感器成本占比接近30%。其中,模拟关节及肢体末端触感的力传感器,在总成本中占比约为15%,单机价值量极高。
毕竟,人形机器人要实现“触觉”主动感知,以力传感器为主的力控是机器人精准力控的优选方式。六维力传感器是维度最高的力觉传感器,能给出最为全面精准的力觉信息,是机器人实现力感知的重要途径。
从技术路线看,当前六维力传感器以金属箔片式为主,但这类产品存在在人工成本高,效率低等缺陷,相比之下,硅基MEMS式成本低、功耗低、可靠性高、适合批量化生产等优势,未来有望加速替代金属箔片式,成为力传感器市场的主流方式。
那么,MEMS传感器的市场规模又有多大呢?
目前,MEMS技术能够将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、通信接口、电源等集成于一块或多块芯片上,微米量级的特征尺寸使得它可以完成部分传统力传感器所不能实现的功能。
因此,MEMS压力传感器作为最广泛使用的MEMS传感器产品之一,可广泛应用于汽车、医疗、航空航天、工业、消费等领域。其中,汽车、消费电子、工业占比分别为48%、18%、16%,大工业是MEMS压力传感器应用较广泛的领域。
广泛的下游应用推动了EMS压力传感器市场规模保持快速增长,数据显示,2021年压力传感器是EMS传感器中销售额最高的细分市场,也是销售量第二大的细分市场。EMS压力传感器的全球市场规模从2018年的14.72亿颗17.63亿美元增加至2021年的16.05亿颗20.04亿美元,预计将于2027年增长至25.35亿颗、26.24亿美元。
中国是全球最大的MEMS市场,2018年-2021年中国MEMS压力传感器产值由127.75亿元提升至162.09亿元,复合增长率达到8.3%,高于全球平均水平。目前,国内MEMS压力传感器国产化进程加快,以及市场历年增长趋势,预测到2025年约接近300亿元。
未来,随着汽车电子化程度的不断加深,工业智能化水平的提高,以及人形机器人的工业化预期,全球和国内市场对MEMS传感器的需求将会持续增长,相关公司的业绩也有望持续增加。
那么,在MEMS压力传感器产业链中,哪些国内公司表现出色呢?
MEMS压力传感器的生产流程主要包括芯片制造、测试校准两大环节,也是MEMS 传感器生产过程中技术和价值含量最高的部分。
主要零部件有ASIC 芯片、MEMS 芯片和 PCB 板,其中最重要的是MEMS 芯片。国内 MEMS芯片主要生产厂商如美新半导体(私有化退市)、纳芯微、赛微电子
均有MEMS 芯片生产线。
国内MEMS压力传感器在汽车、消费电子等走量、低质的行业已经成熟,只不过校准、工业、医疗等高端领域薄弱。2020年我国MEMS压力传感器市占率前五大企业均为海外企业,市占率达到64%,对国外企业依赖性明显。
国内MEMS压力传感器知名公司有康斯特、敏芯股份、华培动力和安培龙。
康斯特,主营业务为数字校准测试仪器仪表产品,依靠每年不低于15%研发投入占比,公司部分高端产品已经处于世界领先水平,并通过汽车产业链公司间接供货特斯拉,也使得公司得以保持营收收入连续增长十年之久。
公司2019年以2.1亿的自有资金投资“MEMS传感器垂直产业智能制造项目”,建设3条MEMS传感器垂直产业智能制造生产线及厂房办公室,项目预计达产后年产可达30万只压力传感器芯体,并继续深度加工成10万只压力传感器和20万台压力变送器。量产后的年度销售收入预计超8亿、净利润超2亿。
传统高端压力传感器市场,只有外资企业能达到0.01%F.S高精度,国内之前没有对标企业。2022年,公司已经实现0.01%F.S高精度级别的压力传感器的技术目标,弥补国内市场高端传感器的空白,打破了高端技术垄断。公司对MEMS压力传感器的布局拓展了传感器的垂直生态,有望成为公司的第二业绩增长点。
敏芯股份,公司拥有压力传感器封装技术,已经开发了适合消费电子、汽车、工控、医疗等不同应用领域的封装技术,具有针对性的封装技术应用提高了产品的可靠性,降低了客户的使用成本。
整体来说,国内在MEMS高端传感器领域还有较大差距,好在技术已经突破,也能更好服务于新型工业化。