人型機器人走入現實 感知應用深度剖析 ｜集邦科技

【集邦科技TrendForce】

人型機器人應用於2024年得到一眾科技廠商挹注，NVIDIA宣布Pro ject GR00T人型機器人計畫，Tesla展示Optimus機器人的戶外行走能 力，Figure AI則獲得新一輪融資，公司市值增長至395億美元，Tes la Musk對人型機器人技術表現高度期待，預測機器人服務的市場規 模將超過10兆美元。

其中，感測技術是人型機器人可靈活行走、在各種場景模仿人類行 為的關鍵技術，特別是在力量感知與慣性測量方面的進步，正推動機 器人從簡單的編程動作向更自然的人類行為表現發展。

機器人的投資熱潮也帶動感測技術的快速發展，與傳統工業機器人 不同之處在於人型機器人需要在複雜多變的環境中工作，並與人類具 備相似的反應速度，需仰賴感測系統精確感知周圍環境並做出反應。

人型機器人的感測系統主要由力矩感測器、IMU與視覺感測系統組 成，共同構成機器人感知能，其中力矩感測器是人型機器人的基礎觸 覺神經，讓機器人能感知與環境的物理互動，在抓取物品與步行期間 穩定進行感測並精確控制力量，從而安全執行各種任務。

力矩感測器根據工作原理可分為應變式、感應式、電容式、光電式 與電磁式，其中又以應變式感測器因其成熟度與可靠性在市場中占據 主導地位，透過檢測物理條件引起的電阻變化來產生可測量的訊號。

此外，力矩感測器又可分為一維、三維與六維，一維力矩感測器測 量方向與作用點固定的力，適用於機器人的直線關節與手部關節，相 對簡單且成本較低；三維力矩感測器能測量3個方向的力，但當測量 力的作用點與感測器標定點偏移時，會產生測量誤差。

六維力矩感測器則能同時測量3個方向的力與3個方向的力矩，特別 適用於需要精確力道的旋轉關節，例如手腕與腳踝部位，也是最複雜 和昂貴的組件之一。

除了力矩感測器之外，IMU在機器人定位、平衡與運動控制中也扮 演不可或缺的角色。IMU是一種能測量物體三軸角度與加速度的感測 器，通常由三軸加速計、三軸陀螺儀與磁力計等元件組成，透過誤差 補償與慣性導航解算，能計算物體相對初始位置的座標變化量、速度 等導航資訊。

從供應商面向來看，隨著人型機器人生產規模的擴大，對高精度、 高準度與具成本優勢的感測器需求將呈現高度增長，目前六維力矩感 測器主要由美國ATI、德國SCHUNK與日本WACOH-TECH等廠商主導，由 於多與FANUC、KUKA、ABB、YASKAWA等工業機器人開發新品，因此售 價昂貴。

此外，力控制還涉及重力、慣性力補償、振動抑制等核心演算法， 而掌握這些核心技術的廠商極少，因此能將高階力控技術融入現有人 型機器人產品具挑戰性，需要製造商具備垂直整合能力與演算法方面 的優勢。

在IMU方面，全球IMU市場集中度高，由Bosch、ST Micro、TDK、A nalog Device與Honeywell主導，占據超過90％以上市場份額。感測 器技術將不斷進步，向更輕量化、更精確、更低成本的方向發展，目 前市場的車規IMU已滿足人型機器人的基本需求。