编者按：传感器作为“信息时代的神经末梢”，已渗透到社会经济的每一个关键领域。2025年10月以来，《中国电子报》邀请九三中央科技委副主任、中国传感器与物联网产业联盟常务副理事长郭源生开设“郭源生细说传感器”专栏，聚焦电力、重大装备、智能制造、智慧农业、智慧医疗与大健康、智能家电及消费电子、城市安防、低空经济八大领域与场景，先后刊登《“坐阵”发电侧，传感器成新型电力系统稳定运行的基石》《储能传感器明确三大核心发展方向》等文章，受到读者广泛关注，好评如潮。本次刊发的是重大装备领域的第五篇，聚焦人形机器人传感器，就其应用前景、产业现状、未来建议等进行展开阐述，以形成产业共识，促进产业发展。
在人形机器人从实验室即将走向产业化的关键节点，传感器的技术突破与系统配置直接决定了其动作精度、交互能力与场景适配范围。不同于传统工业机器人单一固定的作业模式，人形机器人需要在动态复杂环境中自主决策、灵活运动，既要精准控制自身关节与动力系统，又要实时感知外界环境与服务对象状态，而这一切都依赖于构建的“感知神经网络”，被喻为“电子五官”与“电子皮肤”的传感器。
从技术本质来看，传感器是人形机器人实现“类人化”的基础前提，其核心可划分为内传感器与外传感器两大体系。内传感器聚焦机体自身状态感知，解决“自身怎么动”的问题；外传感器专注外界信息交互，解决“如何与世界对话”的疑问。两者协同工作，构成了人形机器人智能行为的底层支撑。
当前，人形机器人正处于全球产业化爆发前夜。公开数据显示，2024年全球人形机器人原型机数量已超50款，涵盖消费服务、工业生产、特种作业等多个领域。行业普遍预测，到2030年，全球人形机器人量产规模将突破100万台/年，与之配套的传感器市场规模有望超过3000亿美元。作为“机器换人”战略的核心支撑，传感器技术的成熟度不仅决定着人形机器人产业的发展速度，更成为衡量国家高端制造实力的重要标志。
内传感器：人形机器人的“机体控制核心”
核心定义与功能边界
内传感器是人形机器人感知自身状态的“神经中枢”，其核心聚焦于机体内部的各类物理参数采集与状态监测，具体涵盖关节运动状态、动力系统运行参数、整体姿态平衡及故障预警等关键维度。始终监控着机器人内部零部件的动态指标处于精准、安全、稳定、健康运行状态，通过实时监测异常数据，提前预警机械故障、过载运行等风险，避免设备损坏或安全事故。
核心类型与技术参数（标杆产品用量参考）
1、关节位置/角度传感器（编码器）。人形机器人通常配备20-40个可活动关节，每个关节均需配置位置/角度传感器（编码器）以实现精准控制。核心功能是实时采集关节的转动角度、位移量与运动速度，为控制系统提供精确的位置反馈，确保关节运动符合预设轨迹。编码器需具备快速响应能力，响应频率不低于1kHz，工作温度范围覆盖- 20℃至60℃，满足不同应用场景需求。特斯拉Optimus人形机器人高精度磁编码器分辨率达到24位，支持角度测量误差≤0.01°。国内参数已接近国际水平，分辨率达22位，误差控制在0.02°以内。
2、力/力矩传感器。测量机器人关节受力、末端执行器（如手部）的压力及力矩变化，其精度、抗过载能力与响应频率是关键指标。高端六维力传感器的综合精度可达0.1% FS，响应频率高达10kHz以上，抗过载能力要求达到500% FS以上，确保在意外碰撞时不被损坏。高端人形机器人每台配置在10-20只左右，用于手部、腕部、肘部及腿部关节。国内综合精度已达到0.1% FS，并可基本实现国产化。
3、惯性测量单元（IMU）。主要由加速度计、陀螺仪与磁力计组成，通过测量机器人的线性加速度、角速度与磁场强度，实时计算出机体的姿态角度（如俯仰角、横滚角、航向角），确保机器人在行走、转弯、上下坡等动态场景中保持平衡。关键技术参数包括零漂、稳定性与更新率。高端IMU的陀螺仪零漂需控制在0.005°/h以下，加速度计零漂≤10μg，以保证长时间运行中的姿态测量精度。更新率方面，需达到1000Hz以上。单台人形机器人通常配置1-3个IMU，分别安装在头部、躯干与腿部等关键位置。国内通过技术攻关，已实现中高端IMU的国产化，零漂指标达到0.008°/h，基本满足中端人形机器人的应用需求。
4、动力系统传感器。主要包括电池状态、电机运行与温度等传感器，核心功能是实时采集动力系统的关键参数，确保能源稳定供应与设备安全运行。
电池状态传感器负责监测电池的电压、电流、剩余电量（SOC）与温度。其关键参数包括电压测量精度（≤±0.5%）、电流测量精度（≤±1%）与SOC估算误差（≤±3%）。电机运行传感器则监测电机的转速、扭矩与电流，确保电机输出符合控制指令，出现异常时及时触发保护机制。温度传感器分布在电机、电池、关节等关键部件，实时监测工作温度，当温度超过阈值时发出预警，避免设备因过热失效。每台机器人通常需要15-25只，形成全方位的动力状态监测网络。
技术特点与选型逻辑
1、技术要求。内传感器的工作环境复杂，需承受振动、冲击、温度变化等多种考验，同时受安装空间限制，对技术性能提出了严苛要求，核心可概括为“高精准、高可靠、抗振动、小型化、低功耗”五大关键词。
高精准是内传感器的核心要求，无论是编码器的位置测量、力传感器的压力感知，还是IMU的姿态计算，都需要达到高精度水平，才能确保机器人动作精准可控。高可靠则要求传感器在长时间连续运行中保持性能稳定，平均无故障工作时间（MTBF）需达到10000小时以上。抗振动性能需能承受10-2000Hz的振动频率与5g的加速度冲击。同时，要求体积小巧、重量轻便，以适应关节等狭小安装空间。
2、选型逻辑。高端机型面向精密制造、医疗服务等高端场景，对运动精度与可靠性要求极高，选型时优先采用高性能传感器；中端机型主要应用于普通工业生产、家庭服务等场景，选型时兼顾性能与成本，采用中端传感器产品；入门机型面向低端服务、教育娱乐等场景，对性能要求相对较低，选型时以成本控制为核心，采用经济型传感器。此外，场景适应性也是选型的重要考量因素。例如用于户外巡检的人形机器人，其内部传感器需具备更强的温湿度耐受能力；用于精密装配的机器人，则需重点提升力传感器与编码器的精度等级。
外传感器：人形机器人的“环境交互门户”核心定义与功能边界
外传感器是与外部世界交互的“感知窗口”，其核心聚焦于采集外界环境、功能目标、服务对象及其他系统的相关数据，实现机器人与外部环境的信息互通。如果说内传感器解决了人形机器人“自身怎么动”的问题，那么外传感器则回答了“识别外界环境现状，主体是什么、服务对象怎么交互”的关键命题。需要具备三大能力：一是环境感知能力，能够识别地形、障碍物、温度、光线等环境参数；二是目标识别能力，能够精准定位并识别服务对象、操作物品等目标物体；三是交互响应能力，能够感知服务对象的指令、情绪及生理状态，做出相应的反馈动作。
外传感器的性能直接决定了人形机器人的场景适配能力和特定功能实现。缺乏优质外传感器的机器人，如同“盲人摸象”，无法准确认知周围环境，更难以提供有效的服务。而完善的外传感器体系，能让机器人在复杂环境中自主导航、精准操作、贴心服务，真正融入人类生产生活。
核心类型与场景适配
1、通用基础外传感器（全场景标配）。涵盖视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉五大类，为机器人提供基础的环境感知与交互能力，适用于各类通用场景。
视觉传感器是机器人的“眼睛”，主要包括摄像头、激光雷达等设备，核心功能是采集图像与空间距离信息，实现目标识别、环境建模与路径规划。
听觉传感器相当于“耳朵”，以阵列麦克风为核心，配合语音识别模块，实现声音采集、声源定位与语音指令解析。其不仅能识别标准普通话指令，还能适配方言与嘈杂环境，提升交互的便捷性。
嗅觉传感器是“鼻子”，通过检测空气中的气体成分，实现气味识别、危险气体预警等功能。例如在家庭场景中识别燃气泄漏，在工业场景中检测有毒气体，在医疗场景中辅助疾病诊断。
味觉传感器是“舌头”，主要用于食品检测、水质分析等特定场景，通过检测物质的化学成分，判断其味道、纯度等指标，适用于餐饮服务、食品质检等领域。
触觉传感器相当于“皮肤”，分布在手部、肢体等与外界接触的部位，能够感知压力、温度、湿度等物理参数，实现精准抓取、安全交互等功能。例如在抓取易碎物品时控制力度，在与人接触时避免用力过猛。
2、场景化外传感器（按功能定制）。根据服务/居家养老、工业/特种、安防等不同场景的需求，配置差异化的传感器产品，提升机器人在特定场景的适配能力。
服务/居家养老场景：以生物传感模块为核心，包括心率传感器、体温传感器、跌倒检测传感器等。这些传感器能够实时监测老人的生理状态与活动情况，及时发现异常并发出预警，为养老陪护提供安全保障。
工业/特种场景：侧重环境适应性与专业检测能力，包括工业视觉传感器、红外测温传感器、气体检测传感器、防爆传感器等。例如在高温工业场景中，配置耐高温的红外测温传感器；在化工场景中，配备防爆型气体检测传感器。
安防场景：聚焦安全监测与识别能力，包括人脸识别、移动监测、异常声响等传感器。实现人员身份核实、异常行为监测、危险预警等功能，提升安防巡逻的有效性。
外传感器具体应用场景
1、日常生活服务场景。家居清洁场景中，视觉传感器与距离传感器构成核心感知组合；餐饮服务场景中，通过图像识别技术精准识别餐具、食物的种类与位置，为抓取动作提供定位支撑。力传感器与触觉传感器协同工作，在抓取餐具时，力传感器感知抓取力度，触觉传感器检测接触状态，确保平稳抓取不滑落；在摆放餐具时，根据触觉反馈调整放置力度，避免碰撞损坏。针对热食服务场景，还会配置红外测温传感器，检测食物温度并提醒用户，避免烫伤。养老陪护场景中，生物传感模块是核心配置，通过心率传感器、体温传感器实时监测老人的生理指标，数据异常时及时通过云端发送预警信息给家属或医护人员。视觉传感器与听觉传感器形成交互响应体系，视觉传感器捕捉老人的动作状态，识别跌倒、晕倒等危险情况；听觉传感器精准拾音，解析老人的语音指令，即使在方言或嘈杂环境下也能有效响应。部分高端养老机器人还配备嗅觉传感器，通过检测老人呼出气体的成分，辅助判断健康状况。
2、工业生产场景。精密装配场景中，视觉传感器与力传感器的协同应用是核心技术方案。视觉传感器通过高清图像采集，实现零件的精准定位，误差控制在微米级；力传感器实时监测装配过程中的压力变化，当压力达到预设阈值时，控制系统及时调整动作，避免零件损坏。物料搬运场景中，激光雷达与距离传感器构建了全方位的环境感知体系。质量检测场景中，视觉传感器与红外传感器的应用最为广泛。视觉传感器通过高分辨率图像采集，识别产品表面的划痕、凹陷、色差等外观瑕疵，检测精度可达0.01mm；红外传感器则检测产品的温度分布，发现因内部故障导致的温度异常。部分高端检测机器人还配备光谱传感器，通过分析物质的光谱特性，检测产品的成分与纯度，适用于食品、药品、化工等行业的质量控制。传感器的应用使质量检测效率提升50%以上，且检测结果更加客观准确。
3、特种作业场景。消防救援场景中，红外热成像传感器是核心配置，能够穿透烟雾、黑暗等复杂环境，精准定位被困人员的位置，为救援行动提供关键支撑。气体传感器则实时检测现场的有毒有害气体浓度，如一氧化碳、硫化氢等。距离传感器与视觉传感器协同工作，识别火灾现场的障碍物、坍塌风险区域，帮助机器人规划安全的救援路径。部分户外巡检机器人还配备声学传感器，通过检测设备运行的声音异常，判断设备故障，适用于电力、水利、铁路等领域的户外设施巡检。安防巡逻场景中，人脸识别传感器承担着身份核实的核心任务，能够快速识别人员身份，发现可疑人员并及时预警。听觉传感器则捕捉异常声响，如玻璃破碎声、呼救声等，触发机器人的应急响应机制。在夜间安防场景中，红外夜视传感器与热成像传感器协同工作，确保全天候监控能力，提升安防巡逻的有效性。
4、人机交互场景。语音交互是最基础的交互方式，阵列麦克风与语音识别模块构成核心系统。语音识别模块支持普通话、方言及多种外语的识别，识别准确率高达98%以上。嗅觉交互主要通过复杂气体传感器实现。能够甄别空气中的多种气体成分，如香水味、食物气味、异味等，并转化为数字化描述，帮助机器人理解人类的生活场景与需求。肢体交互通过触觉传感器与视觉传感器的协同实现。分布在机器人的手部、手臂等部位，能够感知人类的手势动作、拥抱力度等，实现自然的肢体沟通。视觉传感器则捕捉人类的肢体动作意图，如挥手示意、指向某个物体等，机器人根据这些动作做出相应的响应。表情交互是提升人机交互情感化的关键，高清视觉传感器能够精准识别人类的面部表情，如开心、愤怒、悲伤、疲惫等。通过AI算法分析表情特征，机器人能够理解人类的情绪状态，并反馈相应的神态与动作。
技术特点与竞争焦点
1、技术要求。高环境适应性、多模态融合、低延迟、小型化集成四大核心要求。
高环境适应性需要能在不同温湿度、光照、气压等环境条件下稳定工作。需承受- 40℃至85℃的温度范围，且具备防尘、防水功能（防护等级不低于IP65）；抵抗电磁干扰、振动冲击等影响；家庭场景的传感器需适应室内温湿度变化，避免因环境因素导致性能下降。
多模态融合是通过融合视觉、听觉、触觉、嗅觉等多种传感器的数据，能够实现优势互补，提升环境识别与目标检测的准确性。
低延迟是保障实时交互的核心要求，数据采集、传输与处理延迟需控制在毫秒级。例如语音交互场景中，拾音与识别延迟需≤100ms，才能实现“说完即响应”的自然交互体验；工业装配场景中，视觉与力传感器的反馈延迟需≤10ms，确保动作调整的及时性。
小型化集成需要在保证性能的前提下，尽可能缩小体积、减轻重量，以适应头部、手部、肢体等部位安装空间有限。例如微型摄像头的直径可缩小至5mm以下，小型激光雷达的重量不足100g等。
2、竞争焦点。外传感器竞争焦点集中在场景化定制能力，形成了国际巨头“通用+定制”套件与国内企业聚焦细分场景突破的竞争格局。例如，国外推出传感器套件，包含高清摄像头、激光雷达、麦克风阵列等通用模块，同时提供工业、服务、特种等多个场景的定制化扩展模块，能够满足不同客户的多样化需求。其优势在于技术成熟度高、产品兼容性好，但其劣势是成本较高，定制化响应速度较慢。国内企业则采取“聚焦细分场景、实现单点突破”的竞争策略，针对特定场景的核心需求，打造高性能、低成本的专用传感器产品。例如国内企业推出的柔性电子皮肤阵列，成本仅为国际同类产品的60%左右。
国内企业的竞争优势体现在三个方面：一是对本土场景的深度理解，能够快速响应国内客户的个性化需求；二是成本控制能力强，通过本土化生产与供应链优化，大幅降低产品价格；三是定制化响应速度快，能够根据特定场景的需求，在短时间内完成传感器的研发与适配。但与国际相比，在多模态融合技术、高端芯片自主化等方面仍存在差距，需要进一步突破核心技术瓶颈。
产业格局：规模爆发前夜的“全球竞速”市场规模与需求预测
随着人形机器人密集发布与商业化落地加速，传感器市场已进入快速增长期。
1、当前规模。数据显示，2024年全球人形机器人传感器市场规模约为32亿美元，其中内传感器占比70%，市场规模约22.4亿美元；外传感器占比30%，市场规模约9.6亿美元。内传感器中，关节位置/角度传感器（编码器）、力/力矩传感器是主要增长点。2024年六维力传感器出货量同比大增1100%，国产化率从四年前的19%跃升至57.8%，标志着国产传感器企业全面进入技术兑现期。编码器市场则呈现“高端国际垄断、中低端国产替代”的格局，国内企业的市场份额逐步提升。外传感器市场中，视觉传感器与激光雷达需求最为旺盛。随着多模态融合技术的发展，机器人对视觉与距离感知的需求持续增长。
2、需求预测。行业普遍看好人形机器人传感器市场的增长潜力，预计
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