比亚迪首次证实其自研工业人形机器人“尧舜禹”正在深圳工厂实训,配备4指16自由度灵巧手和触觉感知系统;特斯拉也在筹备首条人形机器人量产线。“量产元年”的行业共识之下,执行与传感系统——尤其是触觉与力觉感知——正从实验室选配件演变为规模化部署的核心瓶颈。
上期我们介绍了光电技术如何支撑具身智能的视觉系统,本期则将焦点转向执行传感中的光电技术,它同样在灵巧操作与物理交互的底层逻辑中扮演着不可替代的角色。理解其中的技术逻辑,正是从“能干”走向“灵巧”的关键。
市场数据印证了这一板块的升温。据恒州诚思调研,2025年全球人形机器人触觉传感器收入约9.14亿元,2032年将接近27.93亿元,年复合增长率16.8%。行业普遍认为,当前人形机器人的上半身(视觉/语言)与下半身(运动控制)正快速突破,但指尖触觉仍是最大短板——现有灵巧手多依赖位置编码器和力矩传感器,属于“本体感觉”而非真正触觉,导致机器人“能抓”但“不会摸”,无法感知物体的软硬、滑腻与温度。这直接限制了工业精密装配、家庭服务等场景的商业落地。
执行传感:从“本体感知”到“触觉智能”
人形机器人的执行与传感系统通常分为三个层次:本体感知(关节编码器、IMU)用于姿态估计;末端力觉感知(腕/踝六维力传感器)用于柔顺控制;触觉感知(指尖触觉阵列、电子皮肤)用于闭环抓取与安全交互。
其中,触觉感知被行业视为灵巧手产业化的核心难题。当前主流技术路线各有物理边界:电容式灵敏度高但易受电磁干扰;压电式动态响应快却无法测量静态力;压阻式成本低但精度与稳定性有限;光学式分辨率高但结构复杂、成本较高;霍尔效应式精度和耐久性好但同样面临成本问题。由于没有单一方案能同时满足高分辨率、低延迟、柔性曲面贴合与低成本量产的要求,多技术融合与“感控一体”正成为产业共识。
触觉与力觉:光电技术的关键角色
在触觉传感领域,光学式方案值得重点关注。其基本原理是:在柔性材料内部集成微结构或光波导,当外力导致材料形变时,光信号的强度、相位或波长发生变化,通过光电探测器阵列反推出力的大小与分布。
光学式触觉传感器的优势在于:分辨率高(可达到微米级)、抗电磁干扰、无源(无需供电)、可同时测量法向力和剪切力。其挑战在于:光学路径需要精密的微结构设计与信号解耦算法,且柔性光波导的封装工艺尚未成熟,导致成本高于电阻式。
另一种新兴的光电融合路线是磁感应式触觉:在柔性基底上集成微型磁体和霍尔传感器,形变引起磁场变化,从而反演接触力。该方案在力测量精度和分辨率上刷新了行业标杆,且更易于大面积阵列化。在力觉感知维度(六维力传感器、关节力矩传感器),传统电阻应变片方案存在老化、蠕变和零点漂移问题。光学传感路径通过测量弹性体的应变引起的光学特征变化(如光栅波长偏移、散斑位移等),实现了高精度、低串扰的测量。当全身部署的力觉节点超过一定数量时,光学路径的综合成本反而低于电学方案,同时天然具备抗电磁干扰和轻量化的优势。
编码器与位置感知:光电技术的成熟应用
关节编码器是光电技术在机器人执行系统中最成熟的落地点。光学编码器通过光电二极管读取码盘上的透光/不透光条纹,实现高分辨率角度测量(可达22位以上)。其原理简单可靠,但对灰尘和振动敏感。磁性编码器则利用霍尔效应测量磁场变化,抗污染能力强,但精度略低。在人形机器人的复杂关节驱动中,高分辨率位置反馈是力控和柔顺控制的前提,因此光电编码器与磁编码器往往根据关节位置(如高速小关节、低速大关节)混合使用。
此外,感算一体正在成为新趋势:将传感器信号调理与初步处理集成在芯片级,降低传输延迟,使触觉信息能够以亚毫秒级闭环融入上层控制策略。这相当于为机器人的“触觉神经系统”配备本地处理节点,避免所有原始数据挤占主控算力。
前沿趋势:从单一感知到多模态闭环
当前执行传感系统的演进方向是:从“本体感觉”走向“触觉智能”,最终实现“感知-执行”的无缝闭环。典型标志是——仅依靠触觉反馈(无视觉参与),机器人机械手即可循着物体轮廓追踪移动,精准定位至目标位置。这要求触觉传感器不仅输出力值,还要输出纹理、滑移、温度等多模态信息,并构建传感器的数字孪生体,加速从仿真到真实场景的策略迁移。
触觉正在推动灵巧手从“执行工具”向“具身智能载体”跃迁:机器人能够“理解并描述”触摸到的物体,例如区分橡胶与金属、识别布料纹理、感知螺丝是否拧紧。这些能力将直接决定人形机器人在工业装配、医疗护理、家庭服务等非结构化场景中的实用价值。
结语
2026年9月9-11日,CIOE中国光博会将在深圳国际会展中心举办。其中,智能传感展特设“具身智能展区”,展区聚焦具身智能产业链,包括具身机器人本体制造商、3D视觉解决方案商、激光雷达厂商、温湿度传感器、运动控制系统(控制器、伺服电机、减速器)、编码器、智能芯片、RV减速器、谐波减速器等,覆盖从核心部件到整机集成的完整链条。同期还将举办“视觉感知・智造未来——具身智能机器人融合应用论坛”,围绕“感知驱动执行,智能重塑灵巧”的逻辑,汇聚触觉传感器、力觉传感器、控制器、伺服及机器人本体厂商,探讨执行传感与具身智能的深度耦合,助力机器人在精密装配、柔性操作等高端制造场景中实现价值跃升。
人形机器人的执行传感系统,本质是一场“感知”与“执行”的闭环革命。从关节编码器到末端六维力,从指尖触觉阵列到全身电子皮肤,光电技术正在为机器人装上真正的“触觉神经系统”。随着量产元年的开启,触觉与力觉感知将从“选配”走向“标配”。对于行业从业者而言,理解执行传感中光电技术的物理原理、技术权衡与产业化节奏,正是在这场具身智能浪潮中把握先机的关键。