华泰 | 机械:人形机器人再探讨——扭矩传感器

（以下内容从华泰证券《华泰 | 机械:人形机器人再探讨——扭矩传感器》研报附件原文摘录）
　　人形机器人为了保证协作安全性和实时精准运控需使用扭矩传感器。目前常用的扭矩传感器包括应变式、磁电式、磁弹性式和光电式。我们对各类扭矩传感器的优缺点进行了总结： 1）电阻应变式：精度高/成本低廉，应用最为广泛； 2）磁电式：适合高转速扭矩测量，但体积大/响应速度较慢； 3）磁弹性式：灵敏度高/易小型化，但测量准确度较差； 4）光电式：响应速度快/能实时监测扭矩，但结构复杂/静态标定困难。 核心观点 力控助力人形机器人安全协作，常见的扭矩传感器可分为四大类型 人形机器人为了保证协作安全性和实时精准运控需使用扭矩传感器。目前常用的扭矩传感器包括应变式、磁电式、磁弹性式和光电式。应变式扭矩传感器精度高，成本低廉，应用最广泛；磁电式扭矩传感器能实现高转速扭矩测量，但体积较大，响应速度较慢；磁弹性式扭矩传感器灵敏度较高，耐用性好，但测量准确度较差；光电式传感器响应速度快，但结构复杂，静态标定困难。人形机器人用扭矩传感器需要具备精度高，响应速度快，耐用性好等特点。我们认为，不同种类的扭矩传感器各有优劣，人形机器人不同的应用场景，对应不同的扭矩传感器选型。 电阻应变式：精度高/成本低廉，应用最为广泛 传统应变片由基底、金属丝和覆盖层组成。电阻应变式扭矩传感器通过检测金属丝长度和横截面变化引起的阻值变化，实现扭矩测量。电阻应变式扭矩传感器可分为接触式和非接触式，前者通过滑环和电刷的摩擦接触传输信号，适合低转速扭矩测量，滑环易磨损，使用寿命较短；后者通过无线电遥感技术传输信号，可在较高转速下测量扭矩，无接触无磨损，使用寿命较长。该类扭矩传感器的优点是精度高，成本低廉，易于安装，目前应用广泛；缺点是时漂、温漂较大（目前多采用基于补偿片与应变片具有相同温度变化规律的电桥补偿法做温度补偿），不适合长期高精度检测。 磁电式：适合高转速扭矩测量，但体积大/响应速度较慢 磁电式扭矩传感器基于电磁感应原理，通过检测两组线圈电动势间的相位差来测量扭矩。其基本结构是在弹性轴的两端安装两个相同的齿轮，同时各自对应由铁芯和线圈组成的信号接收系统，当轴转动时，两个齿轮产生的扭转相位差转换为电动势的相位差，从而实现扭矩测量。该类传感器的优点是适合动态扭矩测量，有较大的输出功率，无需额外电源，零位及性能稳定；缺点是体积较大，响应速度较慢，在低转速下的测量精度较差。目前磁电式扭矩传感器多应用于产生较大转角的设备，如电动机、水泵、齿轮箱等。 磁弹性式：灵敏度高/易小型化，但测量准确度较差 逆磁致伸缩效应是指铁磁材料在外力作用下，内部磁畴方向改变引起磁导率的变化。磁弹性式扭矩传感器通过检测感应电动势来测量扭矩，在磁场中对铁磁材质转轴施加扭矩，磁导率的变化使得通过特定方位线圈的磁通量变化，生成的感应电动势与扭矩相关。该类传感器的优点是灵敏度较高、安装维修简单、抗干扰能力强、耐用性好，容易向小型化发展，可以同时测量静态扭矩和动态扭矩；缺点是测量准确度较差。目前磁弹性式扭矩传感器广泛应用于大型设备、数控领域和精密设备中，发展前景广泛。 光电式：响应速度快/能实时监测扭矩，但结构复杂/静态标定困难 光电式扭矩传感器通过检测光通量变化引起的电流变化来测量扭矩。其主要元件包括光源、光栅和光电感应元件，当轴转动时，两个光栅间形成扭转角，通过光栅的光通量发生变化，使得光电元件产生的电流变化，从而实现扭矩测量。该类传感器的优点是可以测量动态扭矩，同时由于响应速度快，能实现扭矩的实时监测；缺点是结构复杂，静态标定困难，精度受温度、灰尘等影响较大，不适合静态扭矩测量。 风险提示：机器人产业化不及预期、机器人力控技术路线变化、扭矩传感器技术路线变化。 附录 相关研报 研报：《人形机器人再探讨：扭矩传感器》2023年11月19日 倪正洋 S0570522100004 | BTM566 点击“阅读原文”，看华泰人形机器人专题 关注我们 华泰证券研究所国内站（研究Portal） https://inst.htsc.com/research 访问权限：国内机构客户 华泰证券研究所海外站 https://intl.inst.htsc.com/research 访问权限：美国及香港金控机构客户 添加权限请联系您的华泰对口客户经理 免责声明 ▲向上滑动阅览 本公众号不是华泰证券股份有限公司（以下简称“华泰证券”）研究报告的发布平台，本公众号仅供华泰证券中国内地研究服务客户参考使用。其他任何读者在订阅本公众号前，请自行评估接收相关推送内容的适当性，且若使用本公众号所载内容，务必寻求专业投资顾问的指导及解读。华泰证券不因任何订阅本公众号的行为而将订阅者视为华泰证券的客户。 本公众号转发、摘编华泰证券向其客户已发布研究报告的部分内容及观点，完整的投资意见分析应以报告发布当日的完整研究报告内容为准。订阅者仅使用本公众号内容，可能会因缺乏对完整报告的了解或缺乏相关的解读而产生理解上的歧义。如需了解完整内容，请具体参见华泰证券所发布的完整报告。 本公众号内容基于华泰证券认为可靠的信息编制，但华泰证券对该等信息的准确性、完整性及时效性不作任何保证，也不对证券价格的涨跌或市场走势作确定性判断。本公众号所载的意见、评估及预测仅反映发布当日的观点和判断。在不同时期，华泰证券可能会发出与本公众号所载意见、评估及预测不一致的研究报告。 在任何情况下，本公众号中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。订阅者不应单独依靠本订阅号中的内容而取代自身独立的判断，应自主做出投资决策并自行承担投资风险。订阅者若使用本资料，有可能会因缺乏解读服务而对内容产生理解上的歧义，进而造成投资损失。对依据或者使用本公众号内容所造成的一切后果，华泰证券及作者均不承担任何法律责任。 本公众号版权仅为华泰证券所有，未经华泰证券书面许可，任何机构或个人不得以翻版、复制、发表、引用或再次分发他人等任何形式侵犯本公众号发布的所有内容的版权。如因侵权行为给华泰证券造成任何直接或间接的损失，华泰证券保留追究一切法律责任的权利。华泰证券具有中国证监会核准的“证券投资咨询”业务资格，经营许可证编号为：91320000704041011J。

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