21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者 魏笑 實(shí)習(xí)生宋家哲 深圳報(bào)道
力感知能力是各行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵性難題，因此智能力傳感器成研發(fā)熱點(diǎn)。
“現(xiàn)階段，幾乎各行業(yè)都需要力覺感知能力以滿足精細(xì)化與智能化的需求。以醫(yī)療場(chǎng)景為例，腹腔鏡手術(shù)，經(jīng)自然腔道手術(shù)，介入手術(shù)等紛繁的手術(shù)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(shù)過程帶來了很大的不確定性。”華力創(chuàng)科學(xué)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(yīng)。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(yīng)用場(chǎng)景廣闊，有機(jī)器人浮動(dòng)打磨，自動(dòng)化裝配，助力自行車，仿生機(jī)器人，醫(yī)療機(jī)器人等。
其中，相較于傳統(tǒng)力傳感器，六維力傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、研制難度大。一直以來，國外企業(yè)處于強(qiáng)勢(shì)地位。數(shù)據(jù)顯示，2022年中國力傳感器市場(chǎng)依然以外資品牌為主導(dǎo)，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(xué)，其旨在為各行業(yè)提供基于光學(xué)原理的高性能智能力覺傳感器；同時(shí)將視覺系統(tǒng)及智能控制算法集成“視-觸”覺融合機(jī)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(jī)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(dòng)力控（彈性體），其中多維力矩/力傳感器力控是當(dāng)前力控的最佳方案，其硬件包括關(guān)節(jié)部位的單軸力矩傳感器和機(jī)器人執(zhí)行器末端的六軸力傳感器。
圖：華力創(chuàng)科學(xué)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(jí)，擁有更多的測(cè)量維度，能夠測(cè)量物體在三維空間內(nèi)的所有受力情況，被廣泛應(yīng)用在機(jī)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(cè)量在任何方向、任何軸上的應(yīng)用負(fù)載，并能承受額定測(cè)量范圍5到20倍的過載。典型應(yīng)用案例包括KUKA LBR iiwa機(jī)械手等機(jī)械臂及特斯拉Optimus人形機(jī)器人，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)執(zhí)行器處配置了力矩傳感器后，機(jī)器人能做到控制抓握力道不打碎雞蛋。
市場(chǎng)潛力方面，在下游工業(yè)企業(yè)數(shù)智轉(zhuǎn)型需求增加，打磨、裝配等細(xì)分場(chǎng)景面臨人力短缺問題的情況下，力傳感器和完整機(jī)器人解決方案的市場(chǎng)需求或?qū)⒈３衷鲩L。智研咨詢數(shù)據(jù)顯示，2022年我國拋光打磨機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)96.1億元，同比增長18.7%。
據(jù)中金研報(bào)，力傳感器為精準(zhǔn)測(cè)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(chǎng)景中用于機(jī)器人末端夾爪，該行認(rèn)為人形機(jī)器人有望帶來強(qiáng)勁市場(chǎng)增量。僅考慮全球協(xié)作+人形機(jī)器人場(chǎng)景，該行測(cè)算2025年新增六維力傳感市場(chǎng)近50億元。
值得注意的是，多維力矩傳感器的技術(shù)壁壘也較高。多維力傳感器不僅要解決對(duì)所測(cè)力分量敏感的單調(diào)性和統(tǒng)一性難題外，也要解決因結(jié)構(gòu)加工和工藝偏差引起的維間（軸間）擾亂難題、動(dòng)靜態(tài)標(biāo)定難題以及矢量運(yùn)算中的解耦算法和電路實(shí)現(xiàn)等。
因技術(shù)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(shì)明顯。國際上六維力矩傳感器主要研究單位有美國DRAPER實(shí)驗(yàn)室、斯坦福研究所、JPL實(shí)驗(yàn)室、IBM公司和日本的日立公司、東京大學(xué)等，龍頭公司以美國ATI為主。
智研咨詢測(cè)算，海外進(jìn)口拋光打磨機(jī)器人產(chǎn)品數(shù)量占總裝機(jī)量比例約為55.9%，但近年來這一比例一直呈下降趨勢(shì)。國內(nèi)廠商憑借價(jià)格優(yōu)勢(shì)，以及研發(fā)創(chuàng)新，正逐漸獲得市場(chǎng)話語權(quán)。
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(xué)基于光學(xué)的力/力矩傳感技術(shù)，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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
Photon力傳感器
魚晨表示，與基于應(yīng)變片的力覺傳感器相比，Photon系列多維力/力矩傳感器性價(jià)比高，解耦能力好，不同軸間串?dāng)_??；同時(shí)采用自動(dòng)化生產(chǎn)及標(biāo)定方式，制造周期短，產(chǎn)品一致性高。
“傳感器物理結(jié)構(gòu)的多樣化是趨勢(shì)所在，但應(yīng)變片隨著直徑變小，其標(biāo)準(zhǔn)化制造難度亦成幾何倍數(shù)增大，因此使用傳統(tǒng)人工進(jìn)行貼片很困難；而我們是自動(dòng)化生產(chǎn)，一致性程度較高，且生產(chǎn)耗時(shí)短，可定制化程度高，這也是我們的核心優(yōu)勢(shì)。”魚晨稱。
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(jī)器人是各力傳感技術(shù)應(yīng)用的綜合體現(xiàn)。華力創(chuàng)科學(xué)的可配置于各類醫(yī)療器械的Photon系列力傳感器，均針對(duì)特定醫(yī)療及機(jī)器人場(chǎng)景進(jìn)行了優(yōu)化，具有特異性優(yōu)勢(shì)。
例如，可應(yīng)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(xué)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(xué)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(jié)構(gòu)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(duì)內(nèi)窺鏡與人體腔道之間的接觸力進(jìn)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(jié)構(gòu)已經(jīng)可以達(dá)到更小的級(jí)別，其意義在于可以將力傳感能力賦予更精細(xì)的器械或設(shè)備，從而提升應(yīng)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(jìn)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(gè)治療過程更安全。
在業(yè)務(wù)板塊上，針對(duì)頭部協(xié)作機(jī)器人公司及傳統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備廠商，華力創(chuàng)科學(xué)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(yīng)用場(chǎng)景，為其產(chǎn)品賦能；同時(shí)，對(duì)于有力控設(shè)備需求的終端場(chǎng)景，華力創(chuàng)科學(xué)也可提供包括力覺傳感器，智能力控算法及智能設(shè)備在內(nèi)的“一站式”整體力控解決方案。
目前華力創(chuàng)科學(xué)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(duì)行業(yè)及公司的認(rèn)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(xué)原理的力傳感器全自動(dòng)裝備產(chǎn)線的建設(shè)與投產(chǎn)。
泓川源基金表示，華力創(chuàng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)成功了全球首創(chuàng)新型光學(xué)原理的力傳感器，結(jié)合視觸融合解決方案，引領(lǐng)了力傳感技術(shù)的發(fā)展，更好地解決了傳統(tǒng)原理的痛點(diǎn)，大大拓寬了力傳感應(yīng)用場(chǎng)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(bào)告顯示，國內(nèi)一級(jí)公司風(fēng)起云涌，明星初升。其預(yù)計(jì)國內(nèi)多維力傳感國產(chǎn)化率不足20%，以宇立儀器、藍(lán)點(diǎn)觸控、坤維科技等為代表。宇立儀器較早與外資機(jī)器人廠建立標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品合作，聯(lián)合ABB、KUKA開發(fā)了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)力控產(chǎn)品。近幾年藍(lán)點(diǎn)觸控在打磨場(chǎng)景發(fā)展迅速，人形機(jī)器人進(jìn)展積極。
