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工业机器人力传感器核心芯片国产化方案1

工业机器人力传感器核心芯片国产化方案

摘要

工业机器人力传感器核心芯片作为机器人感知系统的关键部件，其国产化对我国智

能制造产业发展具有战略意义。本报告系统分析了工业机器人力传感器核心芯片的技

术现状、市场格局及国产化面临的挑战，提出了完整的国产化解决方案。报告从理论基

础、技术路线、实施方案、风险控制等多个维度，构建了涵盖芯片设计、制造、封装测

试及产业化的全链条方案。通过对比分析国内外技术差距，明确了以压阻式、电容式和

光学式为主的技术路线，制定了分阶段实施计划。方案预期在35年内实现六维力传感

器核心芯片的自主可控，产品性能达到国际先进水平，国产化率提升至60%以上。报

告还详细分析了政策环境、市场需求、技术难点及应对策略，为我国工业机器人力传感

器核心芯片国产化提供了系统性解决方案。

引言与背景

1.1工业机器人力传感器的重要性

工业机器人力传感器是实现机器人与环境交互的关键部件，能够实时测量机器人末

端执行器与外界接触时的力和力矩信息。随着工业4.0和智能制造的深入推进，工业机

器人正从简单的重复性作业向复杂精密操作转变，对力传感的需求日益增长。六维力传

感器作为高端力传感器的代表，可同时测量三个方向的力和三个方向的力矩，是实现机

器人精密装配、打磨、抛光等复杂作业的核心感知元件。据统计，配备力传感器的工业

机器人作业精度可提升30%50%，产品良率提高15%25%，在汽车制造、电子装配、航

空航天等领域具有不可替代的作用。

力传感器核心芯片作为整个传感系统的”大脑”，负责信号采集、处理和传输，其性

能直接决定了传感器的精度、响应速度和可靠性。目前，全球高端力传感器芯片市场被

欧美日企业垄断，我国工业机器人所需的高精度力传感器芯片90%以上依赖进口，已

成为制约我国机器人产业发展的”卡脖子”技术之一。实现力传感器核心芯片国产化，不

仅关系到我国机器人产业的自主可控，更是提升制造业整体竞争力的战略需求。

1.2国产化战略意义

力传感器核心芯片国产化具有多重战略意义。从产业安全角度看，核心芯片自主可

控可避免被国外技术封锁的风险，保障我国智能制造产业链安全。2018年以来，全球

贸易保护主义抬头，高端芯片成为技术博弈的焦点，多起案例表明关键芯片供应中断将

导致整条产业链瘫痪。从经济价值看，我国工业机器人市场规模已突破800亿元，年增

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长率保持在20%以上，按每台机器人配备12个力传感器计算，市场规模潜力巨大。国

产化后可降低机器人整机成本30%40%，提升我国机器人产品国际竞争力。

从技术发展角度看，力传感器芯片涉及材料科学、微电子、精密机械等多学科交叉，

其研发过程将带动相关产业链技术进步。据测算，力传感器芯片研发投入的乘数效应可

达1:8，即每投入1元研发资金，可带动相关产业8元产值增长。此外，国产化芯片可

针对我国制造业特点进行定制优化，更好地满足本土市场需求，形成差异化竞争优势。

1.3国际技术发展现状

全球力传感器核心芯片技术发展呈现以下特点：一是高精度化，主流产品精度已达

0.1%FS以上；二是微型化，芯片尺寸不断缩小，集成度提高；三是智能化，内置算法

实现实时校准和温度补偿；四是网络化，支持EtherCAT、PROFINET等工业总线协

议。技术路线上，压阻式、电容式和光学式是三种主流技术路线，其中压阻式技术成熟

度高，占比约60%；电容式线性度好，占比约25%；光学式抗干扰能力强，占比约15%。

主要技术供应商包括美国的ATI、Kistler，德国的HBM，日本的WACOHTECH

等。这些企业通过长期技术积累，形成了完整的专利壁垒。以ATI公司为例，其六维

力传感器专利超过200项，覆盖结构设计、信号处理、温度补偿等各个环节。近年来，

这些企业不断推出新产品，如ATI的Gamma系列传感器，采用MEMS工艺，尺寸缩

小40%，功耗降低50%，代表了当前国际先进水平。

研究项目概述

2.1项目定位与目标

本项目定位为面向工业机器人高端应用的六维力传感器核心芯片国产化研发，旨

在突破国外技术垄断，实现高性能、低成本、高可靠性的力传感