【深度】六維力傳感器在人形機器人中的關鍵技術挑戰與標準化進程

當人形機器人成為2024年科技圈最火的賽道，當具身智能正從概念走向落地，六維力傳感器作為產業鏈深水處的關鍵部件，市場快速爆發，根據MIR 睿工業《2025年中國六維力傳感器市場報告》數據統計，2024年中國六維力傳感器整體市場出貨量已突破1.4萬臺，預計自2027年起，中國六維力傳感器市場將迎來實質性放量階段，到2030年中國六維力傳感器在人形機器人領域的出貨量將有望達到23萬臺，2024年~2030年的復合增長率將超過20%，展示出強勁的市場潛力與發展空間。

2023-2030年中國人形機器人領域六維力傳感器市場規模推移（臺）

雖然2024年以來人形機器人需求帶動六維力傳感器市場發展速度較快，但由于仍處于逐步批量量產階段，在這個新領域中，各家企業、機構的統計方式和維度都暫未形成共識，技術路徑尚未收斂、拉齊，這使得不同廠商在產品規格定義、精度標定方法、應用場景劃分等方面各有標準，導致公布的性能參數，市場容量測算和市占率結果往往口徑不一。同時，在力覺感知、解耦算法、溫度補償等關鍵技術環節，多種解決方案并行發展，尚未出現行業公認的最優路徑。這種技術和標準層面的分散性，一方面為創新留出了探索空間，但另一方面也增加了下游應用集成的復雜度，在一定程度上延緩了產品標準化和成本優化的進程，需要產業鏈上下游進一步協同推動共識的形成。

基于這類問題，MIR關注到，國家標準《機器人多維力/力矩傳感器檢測技術規范》（GB/T43199-2023）于2024年4月1日正式實施，為機器人六維力傳感器的性能指標、測試方法、校準流程劃定了及格線，嘗試讓行業走向規范化征程。其中值得一提的是，我國六維力傳感器的標桿性企業坤維（北京）科技有限公司作為主筆單位，參與制定了該標準。

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具身智能的隱形門檻

人形機器人與具身智能對六維力傳感器的核心要求到底是什么？雖然人形機器人與具身智能的應用場景還未明確，對六維力的性能指標參數要求還不清晰，很多人的認知停留在六維力傳感器只要能測出Fx、Fy、Fz三個力和Mx、My、Mz三個力矩就夠了這一階段。但真正懂行的人知道，具身智能對傳感器的要求，遠比簡單能測力要苛刻得多，其對六維力傳感器提出的“隱形門檻”遠高于傳統工業應用，這些門檻并非簡單的性能參數，而是關乎其能否在真實、動態、非結構化的環境中實現智能交互的本質要求。

想象一下：當人形機器人進入工廠裝配3C產品，要把細小的零件插進卡槽，它需要精準感知手部的握力，需要實時、精準反饋0.1N的力變化，多一分力就可能壓壞零件，少一分力就裝不進去；當它在戶外行走，遇到凹凸不平的路面，腳踝傳感器需要瞬間捕捉沖擊力，避免崴腳或斷腳。這些場景背后，就藏著具身智能對六維力傳感器的核心訴求：低串擾、高過載、長期可靠性。

而且實際場景需求意味著人形機器人與具身智能所需要的六維力傳感器，一定不是實驗室里測一次準就行的樣品，而是要在日復一日的實際動態運行中，抵抗溫度變化、濕度波動、振動沖擊，還要保證零點不漂移、精準度不衰減，真正做到穩定、持久的神經感知能力。

近年來，由于人形機器人行業仍處于早期市場，其作為需求方還未能提出對六維力傳感器精細化力控的場景需求和更加具體的性能參數要求，而已經投入使用的數采場景對六維力傳感器的準度要求其實并不高。從市面上六維力傳感器供貨情況來看，也存在著質量和性能良莠不齊，標注的參數無法驗證或檢測其真實性的情況。坤維正是看到這些，決定從技術源頭去推動六維力傳感器檢測標準的制定。

在國家標準的制定過程中，坤維始終保持著一份清醒與堅持：從航天級技術傳承到主導國家標準制定，需要用實打實的技術積累、卓絕的產品品質，滿足愈發嚴苛的動態響應與實時性極致要求，持續提升準度（含串擾）、穩定性、魯棒性與可靠性，從而真正支撐人形機器人走得更穩、抓得更準、用得更久，為中國具身智能產業筑牢六維力傳感器的可靠性根基。

不同于部分企業用傳統金屬應變計手工制作，用一維力標定設備簡化標定和檢測六維力，坤維選擇了一條難而正確長遠的路，嘗試用航天級技術打底，把更高準度和長期可靠性真正刻進六維力傳感器產品的基因里。

坤維從成立之初，就避開了這條短期捷徑。坤維深知，具身智能的未來，需要的是技術驅動的匠心。不需要紙上談兵的產品，需要的是可靠實用的伙伴。尤其隨著未來人形機器人量產并實現規模化落地，對于作業可靠性、交互精度等要求將持續提升，“湊合用”的六維力傳感器必然很難撐起大多企業場景的實際落地需求。為此，坤維積極推動國家標準的制定，從而填補了我國機器人力覺傳感器檢測評價體系空白。

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六維力國家標準制定者強在哪？

坤維能參與國家標準的制定并非巧合，提到六維力傳感器的技術源頭，很多人會想到工業場景，但少有人知道，這項技術最早的突破，其實來自對極端可靠性要求極為苛刻的航天領域。而坤維的底層技術，正源自航天級力測量技術的50年積累。20年前，坤維的技術團隊就開始為航天工程研發力測量設備，從飛行器的空氣動力學特性測試，到火箭發射時的實時力監測，每一次測量都要求零誤差，因為在航天領域，一絲一毫的精度偏差，都可能導致災難性后果。這份極端嚴謹的技術基因，被坤維完整地傳承到了人形機器人六維力傳感器的研發中。最直觀的體現，就是坤維成了國內唯一具備大批量六維聯合加載標定與檢測能力的企業。

檢測有這么重要嗎？答案是肯定的，因為這是傳感器技術發展的必然。舉個簡單的例子：人形機器人在抓握物體時，手部會同時受到向下的重力、向前的推力和旋轉的力矩，這是一個六維力耦合的復雜場景。但如果用一維設備分別標定，就像在鐵人三項比賽中，分別分開測一個人的跑步速度、游泳速度、騎車速度，然后認為這就是他比賽的速度，這就是完全脫離實際工況的結果，測出來的精準度再高，也缺乏實際意義。而六維力傳感器的核心技術和價值，很大程度上就體現在高精準度的、專用的整體標定系統和解耦算法上。

而坤維的六維聯合加載標定檢測設備，能模擬人形機器人實際運動中的復雜受力情況，同時對三個力和三個力矩進行精準標定和檢測，同時識別并補償掉耦合效應，最終實現高精準度的六維力/力矩測量。更值得一提的是，早在2021年，坤維就開始自研這套設備，如今已建成3萬臺/年的全自動標定和檢測產能，這意味著，每一臺從坤維出廠的六維力傳感器，都經過了實戰級的考驗，而不是實驗室級的美化。

業界不少專業客戶都提到，坤維的傳感器在溫度漂移和零點漂移方面遠低于行業平均水平。例如在-10℃到40℃的溫度范圍內，很多企業的零點漂移僅能達到0.1%FS/℃，而坤維的六維力產品則能控制在0.01%FS/℃以內。這意味著，采用坤維六維傳感器的人形機器人即使在復雜環境中，力感知精準度也不會受串擾影響。

更關鍵的是，坤維還把這份技術標準推向了全行業。在此之前，行業里沒有統一的檢測標準，有的廠商標重復精度0.1%，有的標線性精度0.1%，但都避開了最關鍵的串擾能力，而串擾恰恰是影響人形機器人穩定精細操作的核心指標。如今，國家標準明確了六維力傳感器的準度等級，即優質的六維力傳感器的準度（含串擾）需≤0.5%FS，而坤維的產品，已經實際能做到優于0.3%FS（國軍標），遠超大部分市場競品2%FS~5%FS的實際串擾指標，這意味著其技術和產品可以幫助機器人落地更多需要精細操作的應用場景。

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人形機器人未來到底要什么樣的傳感器

可以發現，隨著人形機器人的應用場景不斷變化，從早期的數采，到未來的裝配、服務、醫療，對傳感器的需求正在不斷升級。這不僅僅需要對產品有更深層次的理解，更需要具備對下游場景的理解，才有望從響應需求走到引領需求。

如果說低串擾技術是坤維的內功，那么精準適配人形機器人需求就是坤維實現內外兼修的關鍵。MIR了解到，坤維早在人形機器人樣機階段時，就開始和銀河通用、智元機器人、小米等頭部廠商達成合作，深度參與到他們的傳感器方案設計，這使得坤維并不局限于一家賣產品的公司，而是試圖和客戶一起定義人形機器人產品。因為人形機器人的身體結構和人類相似，關節、手腕、腳踝等部位的空間極其有限，但又需要具備高剛性、高過載能力，這對六維力傳感器而言，尺寸小，量程大，高剛性、高過載、輕量化、高動態、抗干擾、安全穩定都是核心剛需。

同時，在這條道路，坤維還通過對結構設計、工藝的持續打磨，交出了一份性能與性價比兩者兼顧的答卷，推出了HRS人形系列，HPS高性能系列，KWR精準系列，CSR標準系列四款滿足市場需求的六維力傳感器。

1、HRS人形系列產品

2、HPS高性能系列產品

3、KWR精準系列產品

4、CSR標準系列產品

例如坤維推出的HRS人形系列產品，其中HRS30-60系列滿足了人形機器人手腕處對于傳感器小型化的需求。而HRS60-96系列，則滿足了人形機器人腳踝，足底等部位小空間集成的需求，需要傳感器做到厚度薄，高剛性和高過載能力，有效避免機器人在跑步、跳躍等場景中“崴腳”、“斷腳”風險。其中最令人驚艷的是坤維最新推出的腳踝六維力傳感器HRS65-ET，具備高剛性、高過載能力的同時其厚度僅有10mm。此外，HRS系列的絕大部分六維力傳感器內置智能數采電路，技術指標可根據應用場景和成本需求高效定制，且具備快速交付能力。

除了結構設計，工藝的突破更是坤維的秘密武器。應變計作為傳感器的敏感元器件可以說對傳感器的力值傳導和檢測至關重要。在傳感器制造方面，一直以來行業內都是使用傳統的金屬應變計+手工粘貼的工藝制作。單片應變計大小只能做到4-5MM，而一個六維力傳感器需要容納幾十片應變計，這就導致傳統工藝沒辦法將傳感器做小型化。隨著人形機器人的市場爆發，對于六維力傳感器小型化需求越來越高，坤維早早意識到這個趨勢，早在2020年就開始布局研發MEMS工藝，為六維力傳感器帶來了小型化、低成本、大批量生產的曙光。MEMS工藝的硅基應變計單片可以做到0.2-0.5MM的大小，基于此項變革，使得六維力傳感器的小型化訴求得以實現。更進一步的優勢是，MEMS工藝應變計的靈敏度比金屬應變計靈敏度高20倍以上，因此可以同時提高傳感器的過載能力和信噪比。基于MEMS工藝的應變計做成的六維力傳感器無疑更加符合人形機器人發展的剛性需求。

更值得一提的是，MEMS工藝的獨特結構還能實現高一致性大批量生產，極大地提升了產能和良率，這為未來人形機器人規模化量產奠定了基礎。因為隨著行業不斷發展，各類場景對于高性價比人形機器人產品的需求逐步提升，高性價比才能撐得起具身智能的未來，而如果每個傳感器的價格高達數萬元甚至數十萬元，那么僅傳感器一項就會將整臺機器人的BOM成本推高到令人望而卻步的水平，徹底扼殺其商業化的可能性。只有實現“高性價比”，才能讓機器人公司負擔得起在單臺機器上規模化部署多個傳感器的成本，這是實現真正智能交互的物理基礎。

在坤維看來，人形機器人六維力傳感器的競爭，不是短期市場一城一地得失的競爭，而是誰能更好、更長期地支撐具身智能落地的競爭。沒有核心技術的產品，就像沙灘上的城堡，一旦行業進入精細化發展階段，就會被輕易替代。為了進一步突破材料的極限，真正做好六維力傳感器，坤維還在2024年專門建成了材料科學實驗室，組建了由材料學博士領銜的研發團隊，試圖從更上游出發，持續研究如何讓傳感器的材料更輕、更堅固、更耐老化，未來這種材料有望率先應用于人形機器人傳感器上，讓機器人更輕便，行走更節能。

結語

具身智能是一場長跑

2025年是人形機器人的量產元年，2027年將是人形機器人的規模化元年。可以想象，在這場從概念到落地的長跑中，六維力傳感器作為人形機器人的力覺神經，必然扮演著至關重要的角色。

未來，當人形機器人走進工廠、走進家庭、走進各行各業，當具身智能真正改變人們的生活時，我們或許會發現：隨著中國各行業產業走向高質量發展，像坤維這樣堅持技術創新的企業，正通過從航天級技術傳承到國標制定，從金屬應變計突破到MEMS工藝應變計革新，從實驗室的深耕到客戶的深度合作，快速成長為行業的隱形冠軍。

因為在具身智能的長跑中，坤維作為頭部六維力傳感器企業走的每一步，都是在為中國具身智能產業筑牢技術上的“新長城”。