21世紀經(jīng)濟報道記者 魏笑 實習生宋家哲 深圳報道
力感知能力是各行業(yè)實現(xiàn)智能化的關鍵性難題，因此智能力傳感器成研發(fā)熱點。
“現(xiàn)階段，幾乎各行業(yè)都需要力覺感知能力以滿足精細化與智能化的需求。以醫(yī)療場景為例，腹腔鏡手術，經(jīng)自然腔道手術，介入手術等紛繁的手術過程中，器械無法量化表示力的大小，因而醫(yī)生只能依靠手感操作，這為診察及手術過程帶來了很大的不確定性?！比A力創(chuàng)科學聯(lián)合創(chuàng)始人魚晨博士向記者表示。
從傳感器產(chǎn)業(yè)鏈上下游來看，上游主要是傳感器制造原材料供應。傳感器產(chǎn)業(yè)鏈中游主要是各類傳感器的制造和封裝等，其下游應用場景廣闊，有機器人浮動打磨，自動化裝配，助力自行車，仿生機器人，醫(yī)療機器人等。
其中，相較于傳統(tǒng)力傳感器，六維力傳感器結構復雜、研制難度大。一直以來，國外企業(yè)處于強勢地位。數(shù)據(jù)顯示，2022年中國力傳感器市場依然以外資品牌為主導，國產(chǎn)份額低于30%。
但隨著國內(nèi)企業(yè)不斷加大研發(fā)創(chuàng)新力度，不少企業(yè)已研發(fā)出多維力傳感器。成立于2019年的華力創(chuàng)科學，其旨在為各行業(yè)提供基于光學原理的高性能智能力覺傳感器；同時將視覺系統(tǒng)及智能控制算法集成“視-觸”覺融合機器人，為客戶開發(fā)整體力控解決方案。
力傳感的“皇冠明珠”
目前機器人力控方案大致有3種，分別為電流環(huán)力控、多維力矩/力傳感器力控、被動力控（彈性體），其中多維力矩/力傳感器力控是當前力控的最佳方案，其硬件包括關節(jié)部位的單軸力矩傳感器和機器人執(zhí)行器末端的六軸力傳感器。
圖：華力創(chuàng)科學Photon 系列力傳感器
不同于普通的單軸力傳感器，六維力傳感器更高級，擁有更多的測量維度，能夠測量物體在三維空間內(nèi)的所有受力情況，被廣泛應用在機器人等行業(yè)中。
六軸力/力矩傳感器可以感受六維的力和力矩信息，可測量在任何方向、任何軸上的應用負載，并能承受額定測量范圍5到20倍的過載。典型應用案例包括KUKA LBR iiwa機械手等機械臂及特斯拉Optimus人形機器人，當在旋轉關節(jié)執(zhí)行器處配置了力矩傳感器后，機器人能做到控制抓握力道不打碎雞蛋。
市場潛力方面，在下游工業(yè)企業(yè)數(shù)智轉型需求增加，打磨、裝配等細分場景面臨人力短缺問題的情況下，力傳感器和完整機器人解決方案的市場需求或將保持增長。智研咨詢數(shù)據(jù)顯示，2022年我國拋光打磨機器人市場規(guī)模達96.1億元，同比增長18.7%。
據(jù)中金研報，力傳感器為精準測力的產(chǎn)業(yè)化主流選擇。其中，六維力傳感器為力傳感皇冠明珠，在打磨等場景中用于機器人末端夾爪，該行認為人形機器人有望帶來強勁市場增量。僅考慮全球協(xié)作+人形機器人場景，該行測算2025年新增六維力傳感市場近50億元。
值得注意的是，多維力矩傳感器的技術壁壘也較高。多維力傳感器不僅要解決對所測力分量敏感的單調(diào)性和統(tǒng)一性難題外，也要解決因結構加工和工藝偏差引起的維間（軸間）擾亂難題、動靜態(tài)標定難題以及矢量運算中的解耦算法和電路實現(xiàn)等。
因技術壁壘較高，國內(nèi)可量產(chǎn)的企業(yè)較少，美日企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢明顯。國際上六維力矩傳感器主要研究單位有美國DRAPER實驗室、斯坦福研究所、JPL實驗室、IBM公司和日本的日立公司、東京大學等，龍頭公司以美國ATI為主。
智研咨詢測算，海外進口拋光打磨機器人產(chǎn)品數(shù)量占總裝機量比例約為55.9%，但近年來這一比例一直呈下降趨勢。國內(nèi)廠商憑借價格優(yōu)勢，以及研發(fā)創(chuàng)新，正逐漸獲得市場話語權。
國內(nèi)企業(yè)正崛起
目前國內(nèi)企業(yè)也正在逐步崛起。其中，華力創(chuàng)科學基于光學的力/力矩傳感技術，研發(fā)的Photon系列智能力傳感器，包括六軸力傳感器，單軸和三軸傳感器，均可實現(xiàn)量產(chǎn)。
Photon力傳感器
魚晨表示，與基于應變片的力覺傳感器相比，Photon系列多維力/力矩傳感器性價比高，解耦能力好，不同軸間串擾小；同時采用自動化生產(chǎn)及標定方式，制造周期短，產(chǎn)品一致性高。
“傳感器物理結構的多樣化是趨勢所在，但應變片隨著直徑變小，其標準化制造難度亦成幾何倍數(shù)增大，因此使用傳統(tǒng)人工進行貼片很困難；而我們是自動化生產(chǎn)，一致性程度較高，且生產(chǎn)耗時短，可定制化程度高，這也是我們的核心優(yōu)勢?！濒~晨稱。
值得注意的是，高端醫(yī)療器械是力傳感器發(fā)展的主力賽道，醫(yī)療機器人是各力傳感技術應用的綜合體現(xiàn)。華力創(chuàng)科學的可配置于各類醫(yī)療器械的Photon系列力傳感器，均針對特定醫(yī)療及機器人場景進行了優(yōu)化，具有特異性優(yōu)勢。
例如，可應用于醫(yī)用內(nèi)窺鏡內(nèi)部的Photon_micro多維力傳感器，由華力創(chuàng)科學自主研發(fā)，是目前已知世界上尺寸最小的剛性多維力傳感器。
華力創(chuàng)科學Photon micro內(nèi)窺鏡用多維力傳感器
該傳感器直徑僅為8mm，并包含4mm中心通孔以允許器械線束通過，物理結構上可兼容各規(guī)格軟/硬內(nèi)窺鏡，配合力覺可視化系統(tǒng)，能有效對內(nèi)窺鏡與人體腔道之間的接觸力進行監(jiān)控，協(xié)助醫(yī)生優(yōu)化診療過程。
魚晨介紹，現(xiàn)階段公司最新款六維力傳感器的物理結構已經(jīng)可以達到更小的級別，其意義在于可以將力傳感能力賦予更精細的器械或設備，從而提升應用效率。例如可將傳感器集成到腸鏡的末端，這樣醫(yī)生便可以清晰地監(jiān)控進鏡或治療過程中醫(yī)療器械與人體組織的接觸狀態(tài)，從而讓整個治療過程更安全。
在業(yè)務板塊上，針對頭部協(xié)作機器人公司及傳統(tǒng)自動化設備廠商，華力創(chuàng)科學可提供定制化開發(fā)的力傳感器作為核心部件，助力上述廠商開發(fā)有力控需求的應用場景，為其產(chǎn)品賦能；同時，對于有力控設備需求的終端場景，華力創(chuàng)科學也可提供包括力覺傳感器，智能力控算法及智能設備在內(nèi)的“一站式”整體力控解決方案。
目前華力創(chuàng)科學提前完成數(shù)千萬元A輪融資，得益于老股東泓川源基金對行業(yè)及公司的認可。這筆資金主要用于滿足行業(yè)大客戶所需要的中試車間以及全球第一條基于光學原理的力傳感器全自動裝備產(chǎn)線的建設與投產(chǎn)。
泓川源基金表示，華力創(chuàng)團隊研發(fā)成功了全球首創(chuàng)新型光學原理的力傳感器，結合視觸融合解決方案，引領了力傳感技術的發(fā)展，更好地解決了傳統(tǒng)原理的痛點，大大拓寬了力傳感應用場景，用“力”賦能高端制造、醫(yī)療器械、航天軍工等行業(yè)跨越式發(fā)展。
除華力創(chuàng)外，中金報告顯示，國內(nèi)一級公司風起云涌，明星初升。其預計國內(nèi)多維力傳感國產(chǎn)化率不足20%，以宇立儀器、藍點觸控、坤維科技等為代表。宇立儀器較早與外資機器人廠建立標準產(chǎn)品合作，聯(lián)合ABB、KUKA開發(fā)了多個標準力控產(chǎn)品。近幾年藍點觸控在打磨場景發(fā)展迅速，人形機器人進展積極。
