專注高精度六維傳感器,坤維科技2023年預計營收增長50%以上 |早期項目
作者 |楊逍
編輯 | 蘇建勳
隨着人形機器人及負載協作機器人的火熱,力覺傳感器即六維力傳感器越發受到行業重視。
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坤維科技成立於2018年5月,公司總部位於北京。坤維科技核心創始團隊全部來自於研究空氣動力學測試技術的航天科研院所,希望基於空氣動力學測試技術,用航天軍工級標準來研發高精度六維傳感器產品。
人形機器人等機器人場景對智能化的要求越來越高。相比於傳統機器人的位置控制、速度控制,機器人想要實現與外界交互的柔順控制,需要將力控引入機器人。力傳感器相當於人類的感知神經,可以用於監控、檢測、記錄和調節施加在其上的線性力和旋轉力。六維傳感器作爲一種特殊的傳感器,能同時感知X、Y、Z三軸力和力矩,可測量在任何方向、任何軸上的應用負載,是感知維度最高一種力覺傳感器。
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六維力傳感器可以用於汽車電子、通信電子、消費電子、專用設備等領域,在人形機器人市場的推動下,未來有望達到百億級別市場空間。
六維力傳感器除了要解決對所測力分量敏感的單調性和一致性問題外,還要解決因結構複雜和材料特性引起的維間串擾問題、動靜態標定問題以及矢量運算中的解耦算法和電路實現。高性能六維傳感器價格從幾千到數十萬元不等,價值量較高。
2019年,坤維科技便實現了商業化營收,實現直徑75和直徑82兩款傳六維體傳感器的量產和銷售;2020年;實現用於醫療領域的46毫米直徑六維傳感器和用於打磨機器人的96毫米直徑六維傳感器量產;2021年,成功開發出基於MEMS器件的低成本高可靠性六維傳感器製造技術。
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目前,坤維科技已經形成了從直徑36毫米到直接200毫米的傳感器,可以覆蓋各類智能機器人的全部應用場景。
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由於六維傳感器可以感知X、Y、Z三個方向,很容易發生串擾問題。
一方面,坤維科技會通過結構解藕的方式,在設計傳感器內部結構時,通過一體化成型方式形成具備僅對特定方向力敏感的受力結構。此外,坤維科技還會通過算機器學習技術獲得用於算法解耦的內部參數,即六維標校/檢測技術。
六維標定需要通過特使設備實現,國外主要採用如美國和以色列爲NASA研製的設備,或美國阿姆特斯中心自行研發,或德國宇航中心自行研發的設備。通過這些設備,可以同按任意比例精準的對六維力傳感器施加三個方向的力和三方向力矩,即需要通過設備對六維力傳感器進行強迫學習訓練出解耦算法的參數,且要用額外的樣本空間對解耦算法的效果進行檢測。
熊琳告訴36氪:“沒有這樣的設備,很難做出準度優於1%的六維傳感器。1%準度的意思是,無論同時加載的三方向力和三方向彎矩是多大,傳感器輸出的測量結果與理論真值的偏差不大於1%。”
坤維科技在製作六維傳感器時,採用的是自行研發的設備。目前,坤維科技已經在常州研製出8臺設備,用於傳感器的研發和生產。
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而國內大多企業在生產六維傳感器時,是通過裝配電動缸或液壓缸的一維標定設備,一次在一個方向上標定力,每標定一次,就旋轉90度換一個方向標定,無法模擬出傳感器的真實六維受力狀態,無法激發出傳感器的非線性力學表現,這樣獲得的算法很難降低串擾問題。
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未來產量需求會越來越大,坤維科技需要全自動化的生產方案。目前,公司正已形成了自己的解決方案,實現了Mems低成本高可靠性六維傳感器。
其中最關鍵的是敏感元器件。坤維科技探索了一條用MEMS應變計代替傳統金屬箔式應變計的新工藝途徑。MEMS應變計的面積近是金屬箔式應變計的1%,且靈敏度可以達到金屬箔式應變計的70倍,功耗僅爲金屬箔式應變計的1/20。
目前,坤維科技已服務了超260多家客戶,在協作機器人、醫療機器人、自動化集成公司上積累了大批客戶。在營收上,2022年,坤維科技已經實現數千萬營收,預計2023年公司可以實現50%以上增長。
未來,坤維科技計劃將產品用於人形機器人、協作機器人、打磨自動化行業。例如,隨着協作機器人的負載越來越大,僅通過內部電流辨識算法進行拖動,會容易出現拖動失效的問題,就需要用到六維傳感器。
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熊琳表示,“坤維的六維傳感器產品的認可度越來越高,我們已經開始逐漸降低成本,未來成本也有望進一步降低,用於更多成本相對敏感的產品上。”
公司核心團隊都出自中國航天科技集團第十一研究院(原航天701所),即錢學森在北京建立的第一個航天部研究所。公司創始人熊琳從2004年便開始在研究所讀研和工作,一直從事空氣動力學測試技術的研究。核心團隊在動力學補償、解耦算法、控制硬件等領域研究多年。目前,坤維科技共有近80名員工,研發佔比近50%。
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