申博太阳城ღ★ღ,122大阳城集团网站ღ★ღ,齿轮传动ღ★ღ,站在25年OpenAI所代表的人工智能已有三年ღ★ღ、产业风风火火投AI之际ღ★ღ,海豚君通过最近几篇分析认为ღ★ღ,26年AI关键是看算力降本ღ★ღ、AI投入在软件和硬件两侧落地ღ★ღ。且新硬件落地的机会才是真正的增量机会太阳成集团主页ღ★ღ。
这边ღ★ღ,特斯拉Optimus量产时间正越来越近ღ★ღ,人形机器人有望成为承载AI智能的主要载体ღ★ღ,并且深刻改变人类的交互和生产力方式ღ★ღ。
基于此ღ★ღ,海豚君启动了对机器人产业链的研究ღ★ღ。本篇为第一篇ღ★ღ,更多是从产业和基础研究视角ღ★ღ,从上游开始ღ★ღ,分析人形机器人在零部件生产和降本上的难度和机会ღ★ღ,重点集中在以下几个问题ღ★ღ:
先说一个基础概念人形机器人的两大核心特征ღ★ღ,人的形体和人的大脑ღ★ღ。因为是人形ღ★ღ,基本对应有胳膊ღ★ღ、腿ღ★ღ、头ღ★ღ,能直立行走等核心特征ღ★ღ,基本要实现功能多样性ღ★ღ。
而有人的大脑ღ★ღ,核心是多模态感知能力ღ★ღ、持续学习ღ★ღ、和决策能力ღ★ღ。人形+类人大脑合起来的目的就是通用性ღ★ღ。简单来说ღ★ღ,就是不能只会站着走路ღ★ღ,要既会搬箱子ღ★ღ,也会煮咖啡ღ★ღ,既能搬运重物ღ★ღ,也能进工厂打螺丝ღ★ღ。
且这些技能不是事先设定好的程序ღ★ღ,是可以在与各类外部信息的交互过程中ღ★ღ,去持续学会的ღ★ღ,而且在此基础上ღ★ღ,可以独立作出决策ღ★ღ。
要达到人形机器人所需的通用能力ღ★ღ,算力ღ★ღ、算法ღ★ღ、数据ღ★ღ、软硬耦合缺一不可ღ★ღ。这两年的AI算法和GPU/ASIC腾飞ღ★ღ,让算力和算法快速迭代有了可能ღ★ღ,但硬件约束与过去截然不同ღ★ღ。
手机智能和汽车智能化过程中ღ★ღ,由于手机本身有通讯功能ღ★ღ、汽车本身有交通功能ღ★ღ,不用智能化就具备初始的规模化出货量ღ★ღ。而人形机器人没有智能大脑ღ★ღ,基本是人形铁块ღ★ღ,出货必须以AI大脑为支撑ღ★ღ,没有AI就无法有效出货ღ★ღ。
首先ღ★ღ,人形机器人作为新兴品牌ღ★ღ,硬件的要求与其他产业存在极大差异ღ★ღ,一些硬件需要无中生有ღ★ღ,从头做起ღ★ღ。比如ღ★ღ,人形机器人需要具备极其灵敏的触觉ღ★ღ,但这块无论是触觉硬件还是触觉数据ღ★ღ,基本空白ღ★ღ。
其次ღ★ღ,硬件成本要足够低ღ★ღ,因为很大一部分目的是人力替代ღ★ღ,外行所估计的2050年10亿人形机器人保有量ღ★ღ,对应全球80亿总人口和50亿全球联网人口ღ★ღ,没有买得起的价格ღ★ღ,是无法完成类汽车的渗透率的ღ★ღ。
按马斯克预期ღ★ღ,单台机器人售价最好2万美金以内逃离慕尼黑ღ★ღ,和智能电动车的起价水平差不多ღ★ღ。同样差不多地ღ★ღ,是机器人高度复杂的产业链ღ★ღ。
上游也就是中油玩家主机厂的各类供应商执行器ღ★ღ、传感器ღ★ღ、编码器ღ★ღ、控制器/驱动器ღ★ღ,以及上述硬件的集成模块ღ★ღ,同时也包括算力设施ღ★ღ、算法ღ★ღ、芯片等等ღ★ღ。
这里想要强调的一点是ღ★ღ,人形机器人涉及的硬件环节ღ★ღ,与汽车产业ღ★ღ,尤其是新能源汽车产业重合度较高ღ★ღ。那么与新能源车产业链类似ღ★ღ,人形机器人的主机厂(类比新能源车主机厂)与供应商的合作模式也是多样化的ღ★ღ。
以特斯拉为例ღ★ღ,它既可以直采零部件ღ★ღ,自己做模组总成ღ★ღ,并组装成品ღ★ღ,也可以采购模组或总成(比如灵巧手ღ★ღ、某些身体关机等)ღ★ღ。但目前来看ღ★ღ,与新能车一样ღ★ღ,供应商提供模组和总成才是与机器人主机厂更主要的合作方式ღ★ღ。
主机厂厂商ღ★ღ,可以直观理解为制造和销售人形机器人的公司ღ★ღ。目前来看ღ★ღ,主要人形机器人主机厂公司基本集中在中美两国ღ★ღ。
从企业来看ღ★ღ,除特斯拉ღ★ღ、小鹏外ღ★ღ,基本以创业公司为主ღ★ღ。早期阶段ღ★ღ,跨界选手不多ღ★ღ,但带资进组ღ★ღ,实力更强ღ★ღ。
因当前通用能力不足ღ★ღ,目前主要是科研ღ★ღ、教育ღ★ღ、参观导览等专用性场景逃离慕尼黑ღ★ღ。工业和家庭等通用场景潜力大ღ★ღ,但目前产品不具备商业化落地条件ღ★ღ。机器人通用化还要多久ღ★ღ,是我们后续会探讨的问题ღ★ღ,本篇重点通过拆解人形机器人的硬件环节来理解上游进展ღ★ღ。
马斯克曾豪言人形机器人是十万亿美金生意ღ★ღ,最新透露公司Optimus人形机器人 Gen 3会在26年一季度展示原型机ღ★ღ,26年底启动量产(量产后初步年产量大约5万台)ღ★ღ,但配备的最终年产100万台的产线ღ★ღ。Optimus 第四代就会有1000万的产能ღ★ღ,第五代可能就是五千万到1亿台产能ღ★ღ。
如果最终特斯拉能攻克下来ღ★ღ,机器人的空间很显然是比较大的ღ★ღ。因此海豚君也进入本篇最为核心的上游硬件的价值链拆解ღ★ღ。这里就以Optimus人形机器人为例ღ★ღ。
从结构上ღ★ღ,Optimus人形机器人可以大体分为头部ღ★ღ、身体关节以及灵巧手ღ★ღ。我们将特斯拉Optimus Gen2的主要部位ღ★ღ、涉及到的零部件位置ღ★ღ、以及我们估算的在单台人形机器人当中的成本列示在下图ღ★ღ:
大脑主要指人工智能模型ღ★ღ,这里先不进行探讨ღ★ღ。传感器主要是视觉传感器ღ★ღ、触觉传感器ღ★ღ、力矩传感器ღ★ღ、位置传感器等ღ★ღ。
什么是视觉传感器?简单可以理解为人类眼睛ღ★ღ,主要用来光信号ღ★ღ,实现环境感知ღ★ღ、物体识别和导航定位ღ★ღ。
什么方案?这里又有路线之争ღ★ღ。特斯拉采用的是纯视觉方案ღ★ღ,仅使用2D摄像头ღ★ღ;但多数是多感知方案ღ★ღ,包括使用3D相机(技术方案有结构光ღ★ღ、TOFღ★ღ、双目等)ღ★ღ、激光雷达ღ★ღ,毫米波雷达等ღ★ღ。
难在哪里?在人形机器人领域采用的视觉传感器与在消费电子逃离慕尼黑ღ★ღ、新能源车自动驾驶中采用的视觉传感器在技术路线上并无本质差别ღ★ღ,主要是在性能上对动态性ღ★ღ、实时性ღ★ღ、集成化和低功耗方面要求较高ღ★ღ。
目前ღ★ღ,3D相机提供商主要是奥比中光ღ★ღ,已与多家国内人形机器人主机厂合作ღ★ღ;激光雷达与汽车复用ღ★ღ,主要供应商禾赛科技和速腾聚创ღ★ღ,海豚君对禾赛已有单独分析ღ★ღ,这里不再赘述太阳成集团主页ღ★ღ。
但在特斯拉机器人的价值构成中ღ★ღ,由于只需要三个2D摄像头ღ★ღ,一颗摄像头价值仅350元ღ★ღ,在机器人出货量不大时ღ★ღ,很难对供应商形成有效增量ღ★ღ。
什么是触觉传感器?简单理解就是人类皮肤太阳成集团主页ღ★ღ,主要用在手部ღ★ღ,作用是感知和测量与外界物体进行接触时产生的相互作用力ღ★ღ,包括压力ღ★ღ、纹理ღ★ღ、摩擦力ღ★ღ、温度等ღ★ღ,所以也被称为电子皮肤ღ★ღ。目前是人形机器人硬件环节主要难点ღ★ღ。
触觉传感器是机器人这一新品类下催生的全新领域ღ★ღ,其他行业应用很小ღ★ღ,对精度和灵敏度要求很高ღ★ღ,还要有一致性ღ★ღ、柔性ღ★ღ、高可靠性ღ★ღ、耐久性以及集成性等特性ღ★ღ,目前人形机器人硬件领域需要重点攻克的难点ღ★ღ。
比如ღ★ღ,精度要求主要受物理原理ღ★ღ、微型化集成及动态响应限制等因素的制约ღ★ღ,精度不足可能会使得信号失真ღ★ღ,导致导致大模型学习的是伪规律ღ★ღ。
数据一致性主要受制于制造工艺ღ★ღ:批量生产过程中ღ★ღ,材料均匀性ღ★ღ、工艺参数等的微小波动ღ★ღ,都会导致同一批次传感器的输出特性存在显著差异ღ★ღ。
此外ღ★ღ,传感器长期使用后的性能漂移也会产生影响ღ★ღ,这些因素会导致大模型在训练时ღ★ღ,要么过度拟合ღ★ღ,要么噪声过多ღ★ღ,最终会导致泛化失败ღ★ღ。
难在哪里?生产角度ღ★ღ,触觉传感器壁垒在于材料选择(敏感材料ღ★ღ、柔性电极等)ღ★ღ,结构设计ღ★ღ,制造和封装工艺(光刻ღ★ღ、3D打印等)逃离慕尼黑ღ★ღ,信号处理算法(需要从单一物理信号解耦除多维要素)等ღ★ღ,对生产企业综合实力要求较高ღ★ღ。
什么方案?主要是压阻式太阳成集团主页ღ★ღ、电容式等技术方案ღ★ღ。压阻式主要是将电阻变化转化为电信号ღ★ღ,结构相对简单ღ★ღ,但动态性和一致性都相对较差ღ★ღ;电容式主要是将电容量变化转化为电信号太阳成集团主页ღ★ღ,动态性和一致性要好于压阻式ღ★ღ,虽然技术成熟度还相对较低ღ★ღ,但是预计是未来主要的发展方向ღ★ღ。
目前价值量占比可能不高ღ★ღ,但未来有增加可能性ღ★ღ。根据我们的测算ღ★ღ,Optimus手部需要使用10个及以上的触觉传感器ღ★ღ,对应目前单台人形机器人价值量在3000元ღ★ღ,产业成熟后降本到1500元ღ★ღ,在整个人形机器人价值量中占比仅2%ღ★ღ。
但这里需要注意的是ღ★ღ,目前触觉传感器技术路线还未收敛ღ★ღ,考虑到未来可能由电容式替代目前压阻式ღ★ღ,且未来还需要满足阵列化以及多模态感知等需求ღ★ღ,触觉传感器的价值量有进一步提升的可能性ღ★ღ。
什么是力矩传感器?主要是测量力和扭矩的传感器ღ★ღ。直观理解可以想象一下拧瓶盖的场景ღ★ღ:当你拧瓶盖的时候ღ★ღ,会感受到需要多大的力才能把瓶盖拧开ღ★ღ,力矩传感器就是用来感知它的太阳成集团主页ღ★ღ。普通的一维力矩传感器的技术壁垒不高ღ★ღ,所以这里重点讨论六维力传感器ღ★ღ。
什么是六维力传感器?可以同时测量三个方向上的力和扭矩ღ★ღ,在特斯拉Optimus Gen 2上ღ★ღ,六维力传感器总共有4个ღ★ღ,分别被放置在手腕和脚踝位置ღ★ღ,它是人形机器人运动控制的核心传感器ღ★ღ。
难在哪里?人形机器人上的六维力传感器对集成化ღ★ღ、动态性能ღ★ღ、过载能力(应对瞬间冲击的能力)以及精度等都有较高要求ღ★ღ。产品壁垒较高ღ★ღ,主要难点主要是ღ★ღ:
b. 解耦算法: 需要从原始信号中解耦出六个维度的力和力矩ღ★ღ,并且要规避各个维度之间的串扰的影响;
d. 标定工艺: 通过测试和计算ღ★ღ,以确定传感器输出信号和实际物理量的准确对应关系ღ★ღ,标定维度远远多于普通的力矩传感器等ღ★ღ。
价值量占比不高ღ★ღ。根据我们的测算ღ★ღ,Optimus需要使用4个六维力传感器ღ★ღ,对应目前单台人形机器人价值量在5400元太阳成集团主页ღ★ღ,产业成熟后降本到3200元ღ★ღ,在人形机器人当中占比在3%ღ★ღ。
替代风险ღ★ღ:这个细分赛道投资的一个关键风险是ღ★ღ,六维力传感器的技术难度和高成本ღ★ღ,未来不排除可以通过算法升级取代这项传感器ღ★ღ,这是六维力传感器这个环节的重要风险所在ღ★ღ。
什么是定位传感器?主要就是惯性测量单元(IMU)ღ★ღ。力矩传感器主要是用来感受力ღ★ღ,而IMU主要是用来感受位置ღ★ღ。核心组件包括加速度计ღ★ღ、陀螺仪等ღ★ღ,用来测量加速度和角速度ღ★ღ,服务于人形机器人的姿态估计ღ★ღ、平衡控制和运动状态测量ღ★ღ,同样是人形机器人进行运动控制的主要传感器ღ★ღ。
目前特斯拉人形机器人可能采用2颗及以上IMU主控芯片ღ★ღ,但未来可能更多ღ★ღ,以通过冗余配置来提升容错能力ღ★ღ。
难在哪里?人形机器人需要的IMU同样对精度(加速度计的零偏稳定性ღ★ღ,和陀螺仪的角度随机游走)有极高要求ღ★ღ,标准远高于消费电子产品ღ★ღ,并且对于制造工艺ღ★ღ、融合算法也有较高要求ღ★ღ。
国产化进展ღ★ღ:IMU也是成熟产品ღ★ღ,但高端IMU(工业级ღ★ღ、车规级ღ★ღ、战术级)由博世ღ★ღ、霍尼韦尔等欧美企业把控ღ★ღ,同样有比较好的竞争壁垒ღ★ღ。同时国内企业也取得一定进展ღ★ღ,主要企业包括芯动联科(已经具备工业级的成熟产品)ღ★ღ、华依科技(已经向人形机器人主机厂厂商供货)等ღ★ღ。
价值量有大幅提升可能性ღ★ღ。根据我们的测算ღ★ღ,Optimus目前方案仅使用2个主控IMUღ★ღ,对应目前单台人形机器人价值量在8400元ღ★ღ,产业成熟后降本到4200元ღ★ღ,在人形机器人当中占比在4%ღ★ღ。但考虑到技术路线迭代ღ★ღ,未来价值量有大提升的可能性ღ★ღ。
而执行器关键是在关节(包括线性关节和旋转关节)和灵巧手(可看作由更精密的关节构成)ღ★ღ。其中ღ★ღ,线性关节主要由电机和丝杠构成ღ★ღ,旋转关节主要由电机和减速器构成ღ★ღ。
为什么?目前ღ★ღ,人形机器人都是电驱动ღ★ღ。早年间ღ★ღ,液压ღ★ღ、气动等技术路线也被尝试采用过(比如当年很火的波士顿动力)ღ★ღ,但因精度不高ღ★ღ,核心bug是难以与电控系统集成逃离慕尼黑ღ★ღ,与智能化冲突ღ★ღ。
人形机器人电机特别在哪?电机的种类五花八门ღ★ღ,目前特斯拉人形机器人的身体关节主要使用无框力矩电机ღ★ღ,灵巧手主要使用空心杯电机ღ★ღ,未来可能过渡到微型无框力矩电机ღ★ღ。
无框力矩电机的优势是可以在受限空间内满足大扭矩ღ★ღ、高精度ღ★ღ、高功率密度ღ★ღ、快速响应ღ★ღ、高可靠性ღ★ღ、轻量化ღ★ღ、集成化ღ★ღ、小型化以及相对较低成本等ღ★ღ。而空心杯电机能够满足在灵巧手极小空间下满足性能要求ღ★ღ。
无框力矩电机ღ★ღ,从名字上就可以简单理解它的结构ღ★ღ:与传统电机的差异点在于ღ★ღ,无框力矩电机取消了外壳ღ★ღ、轴等机械机构ღ★ღ,从外形来看ღ★ღ,只有圆环状的转子和外部的定子ღ★ღ。
其中ღ★ღ,转子由环形磁铁和钢圈组成ღ★ღ,可以直接跟关节的主轴集成在一起ღ★ღ,定子由叠片和铜线圈等部件组成ღ★ღ,可以直接与机器的外壳结合在一起ღ★ღ。
这种结构取消了传统电机的冗余结构ღ★ღ,不需要一系列的传统部件ღ★ღ,因此具有集成化ღ★ღ、高功率密度以及高响应速度的优势ღ★ღ,可以满足人形机器人轻量化ღ★ღ、高负载ღ★ღ、高动态ღ★ღ、高精度ღ★ღ、轻量化和高可靠性等要求ღ★ღ,因此成为目前人形机器人身体关节主流驱动方案ღ★ღ。
空心杯电机的名字来源于它的转子的特殊结构ღ★ღ:与传统电机相比ღ★ღ,空心杯电机的最大特点在于转子没有铁芯ღ★ღ,而是由漆包线绕制成一个杯状的自支撑线圈ღ★ღ,形状像水杯ღ★ღ。而空心杯电机的定子则是由永磁体构成ღ★ღ。
无铁芯的设计可以降低铁芯结构所带来的不稳定的问题(齿槽效应)ღ★ღ,同时可以消除铁芯所带来的各种损耗ღ★ღ,并且可以大幅降低电机质量ღ★ღ,因此具有结构紧凑ღ★ღ、运行平稳(卡顿ღ★ღ、震动以及有噪音的情况极少)ღ★ღ、动态响应快ღ★ღ、高效率低发热ღ★ღ、高功率密度等优势ღ★ღ。
应用在人形机器人灵巧手当中ღ★ღ,可以满足灵巧手对于高集成度(因为空间极其狭小)ღ★ღ、高精度和高稳定性(尤其是体现在抓取这个动作上)ღ★ღ、高动态响应以及高可靠性的要求ღ★ღ。
难点在哪里?传统电机技术已经极其成熟ღ★ღ,但高端产品中国还不成熟ღ★ღ。无框力矩电机的磁路设计ღ★ღ、组装工艺ღ★ღ、材料选择ღ★ღ、结构设计等有难度ღ★ღ;空心杯电机线圈设计ღ★ღ、线圈绕制工艺有难度ღ★ღ,但整体上ღ★ღ,这种难度是可以攻克的ღ★ღ。
价值量有多少?根据我们的测算逃离慕尼黑ღ★ღ,Optimus需要使用多达40个电机ღ★ღ,对应目前单台人形机器人价值量在28800元ღ★ღ,产业成熟后降本到14400元ღ★ღ,在人形机器人当中占比达到14%ღ★ღ,成本占比明显高于上述传感器ღ★ღ。
目前中国公司有步科股份(无框力矩电机龙头ღ★ღ,在工业和协作机器人领域已批量销售产品ღ★ღ,并已经开始给人形机器人主机厂供货)ღ★ღ、鸣志电器(空心杯电机技术领先)ღ★ღ、伟创电气(空心杯电机已经具备量产能力ღ★ღ,已与海外客户对接)ღ★ღ、兆威机电(空心杯电机已经与海外客户开展前期合作)ღ★ღ、卧龙电驱(无框力矩电机已经向国内主机厂厂商供货)ღ★ღ、雷赛智能(已经具备成熟的无框力矩电机和空心杯电机产品)ღ★ღ、三花智控(自主研发无框力矩电机)等技术已经较为成熟ღ★ღ。
身体关节为什么要分线性关节和旋转关节?手腕ღ★ღ、肩膀ღ★ღ,还是膝盖ღ★ღ、脚踝ღ★ღ,它们的运动都可以类比为旋转运动ღ★ღ,并且有些关节可以在好几个空间维度上进行旋转ღ★ღ,因此机器人必备ღ★ღ。
b. 线性关节的运动方式是沿着某条直线进行线性运动ღ★ღ。人形机器人的部分位置采用线性执行器ღ★ღ,可以解决某些旋转执行器可能存在的弊端ღ★ღ。
人在通过腿部进行跳跃的时候ღ★ღ,肌肉的收缩更倾向于是一种线性运动ღ★ღ,那么人形机器人也可以模拟这一运动过程ღ★ღ;且相对旋转执行器ღ★ღ,输出力矩更精确ღ★ღ、更节能(不运动的时候电机不启动)ღ★ღ、结构更具刚性(更抗冲击)等优势(尤其是行星滚柱丝杠)ღ★ღ,这几点待我们在下文将丝杠的结构拆解以后ღ★ღ,可以更加直观地进行理解ღ★ღ。
什么是丝杠?就是把电机旋转运动转化为直线运动的机械装置ღ★ღ,主要的组成部件是中间的螺杆和外部的螺母ღ★ღ。想象一下ღ★ღ,用螺丝刀拧螺丝钉的过程ღ★ღ:旋转螺丝刀ღ★ღ,螺丝钉就会按直线钉入ღ★ღ。
丝杠的工作模式也是类似的太阳成集团主页ღ★ღ,电机带动外圈的螺母运动ღ★ღ,而螺母通过滚柱ღ★ღ,作用于螺杆上的螺旋槽ღ★ღ,最终带来螺杆进行直线运动ღ★ღ。
相对较为传统的滚珠丝杠而言ღ★ღ,行星滚柱丝杠的优势在于承载力和刚度更高(因为由滚珠的点接触变成了滚柱的线接触)ღ★ღ,推力更大ღ★ღ,且具备自锁性(不运动的时候电机不需要启动)匹配人形机器人需求ღ★ღ。
但与此同时ღ★ღ,行星滚柱丝杠的技术难度更高ღ★ღ,主要是对精度要求更高ღ★ღ,同时对合金材料性能要求更高ღ★ღ,因此对热处理工艺ღ★ღ、精密磨削工艺的要求极高ღ★ღ,目前螺纹磨床设备完全依赖进口ღ★ღ。
应用在人形机器人上的丝杠是全新领域ღ★ღ:应用端ღ★ღ,之前行星滚柱丝杠主要应用于航空航天ღ★ღ、军工以及某些重型工业领域ღ★ღ。人形机器人上ღ★ღ,产研要求侧重精度(要求在C5以上)ღ★ღ、尺寸ღ★ღ、功率密度ღ★ღ、动态ღ★ღ,同时对成本也更高敏感ღ★ღ,更加剧了应用于人形机器人的行星滚柱丝杠产品的开发难度ღ★ღ。
目前国内主机厂选丝杠路线的相对较少逃离慕尼黑ღ★ღ,仍然主要使用旋转关节ღ★ღ,这主要基于控制难度等原因ღ★ღ。但考虑到丝杠优势ღ★ღ,长周期有采用趋势ღ★ღ,而特斯拉身体关节当前采用行星滚柱丝杠ღ★ღ,灵巧手采用滚珠丝杠ღ★ღ,但不排除未来更换技术路线ღ★ღ,另有部分国内企业身体关节也暂时采用滚珠丝杠ღ★ღ。
价值量占比?单价2400元ღ★ღ,但是用量较大ღ★ღ,丝杠简直了占到了机器人总价值量的20%(考虑身体需要使用14个行星滚柱丝杠ღ★ღ,手部需要使用12个微型滚珠丝杠)ღ★ღ。这个也是单一零部件价值量最大的环节ღ★ღ,而且本身从生产工艺和生产设备都有难度ღ★ღ,是一个需要重点关注的细分赛道ღ★ღ。
中国进展较快的企业有恒立液压(能够生产行星滚柱丝杠ღ★ღ,已与北美客户建立初步合作)ღ★ღ,新剑传动(与多家主机厂厂商开展合作)ღ★ღ、五洲新春(主要提供前道工艺ღ★ღ,是新剑科技及海外龙头的供应商)ღ★ღ、浙江荣泰(并购KGGღ★ღ,其具备行星滚柱丝杠生产能力)ღ★ღ、北特科技ღ★ღ、震裕科技ღ★ღ、双林科技ღ★ღ、双环传动等ღ★ღ。
除了本身工艺难ღ★ღ,生产设备上需要磨床来生产螺杆上的螺纹ღ★ღ,这个磨床设海外成熟ღ★ღ,但中国生产有难度ღ★ღ。国内有希望突破磨床生产技术的设备公司主要有秦川机床ღ★ღ、华辰装备ღ★ღ、浙海德曼等ღ★ღ。
与线性关节不同ღ★ღ,旋转关节主要使用减速器作为传动装置ღ★ღ。减速器是通过齿轮等内部转动ღ★ღ,将电机输出的高转速ღ★ღ、低扭矩的动力转换为高精度ღ★ღ、低转速ღ★ღ、高扭矩(高负载)的动力ღ★ღ。原理类似扳手拧螺丝的过程ღ★ღ。从类型上看ღ★ღ,应用在人形机器人上的减速器主要有行星减速器ღ★ღ、谐波减速器ღ★ღ、摆线减速器等ღ★ღ。
行星减速器主要是通过行星齿轮进行传动ღ★ღ,优势是重负载ღ★ღ、高扭矩和抗冲击ღ★ღ,因此比较多地应用在人形机器人的下肢ღ★ღ。目前特斯拉人形机器人手部也暂用行星减速器ღ★ღ,主要基于成本考量ღ★ღ,未来不排除改变技术方案ღ★ღ。
谐波减速器主要由波发生器ღ★ღ、柔轮和钢轮组成ღ★ღ。波发生器是让柔轮发生弹性形变ღ★ღ,然后柔轮齿与外侧的钢轮齿会在不同位置持续发生啮合和分离ღ★ღ。这个过程中ღ★ღ,柔轮与钢轮的啮合位置会不断发生变化ღ★ღ,最终导致柔轮相对于钢轮发生缓慢旋转ღ★ღ。
RV减速器是一种复合结构ღ★ღ,传动结构分两级ღ★ღ,一级是行星齿轮ღ★ღ,一级是摆线针轮ღ★ღ。摆线针轮减速ღ★ღ,通过输入轴带动偏心轴(曲柄轴)ღ★ღ,使摆线轮在针齿轮内既公转又自转(自转转速即为输出转速)ღ★ღ,从而实现高传动比ღ★ღ。
RV减速器的优势是同时具备高承载ღ★ღ、高精度和高传动比的优势ღ★ღ,但结构极其复杂ღ★ღ,生产难度较高ღ★ღ、成本较高ღ★ღ。摆线减速器可以看作RV减速器的简化版本ღ★ღ,具备RV减速器的部分优势ღ★ღ,同时结构更加紧凑ღ★ღ。目前特斯拉主要采用谐波减速器ღ★ღ,未来可能在部分位置采用摆线减速器ღ★ღ。
在谐波减速器领域占据全球一半以上市场ღ★ღ,断层领先ღ★ღ。减速器在性能上强调精度ღ★ღ、承载力ღ★ღ、一致性ღ★ღ、寿命等ღ★ღ,难点主要集中在材料(比如谐波减速器需要高性能的特殊合金钢以生产柔轮)ღ★ღ、齿轮加工工艺(需达到极高精度)ღ★ღ、高性能零部件(如轴承等ღ★ღ,生产难点在热处理等环节)逃离慕尼黑ღ★ღ、设计仿真能力(齿形设计ღ★ღ、力学模型等)等ღ★ღ。
中国进展ღ★ღ:高端品初步国产替代ღ★ღ,国内绿的谐波(在谐波减速器领域已经与北美客户建立初步合作)ღ★ღ、中大力德(具备行星ღ★ღ、谐波ღ★ღ、RV等生产能力)ღ★ღ、双环传动(RV减速器龙头)等进展较快ღ★ღ。
通过以上梳理ღ★ღ,按照价值量占和行业进入壁垒两个维度来看的话ღ★ღ,人形机器人最难的环节是机器人催生的全新产业需求电子皮肤ღ★ღ,也就是触觉传感器ღ★ღ。
而价值量较大ღ★ღ,且行业本身有工艺或者设备难度的ღ★ღ,主要是两个关节部件ღ★ღ,一个是线性关节需要的丝杠ღ★ღ,另外一个是旋转关节所需的减速器ღ★ღ。
此外ღ★ღ,人形机器人并未进入产业化量产的阶段ღ★ღ,技术路线并未收敛ღ★ღ,以上分析主要基于当前主流技术路线ღ★ღ,不排除未来技术路线发生变化ღ★ღ,导致新的硬件的出现或者部分硬件被替代ღ★ღ。
要注意的是ღ★ღ,产业链环节的角度ღ★ღ,总成也是硬件的一个核心环节ღ★ღ。比如ღ★ღ,灵巧手总成的产业化难度高于诸如丝杠ღ★ღ、减速器等零部件ღ★ღ,但灵巧手的壁垒不只是工业制造ღ★ღ,同时还涉及软件和软硬件耦合ღ★ღ,下篇会详细讨论ღ★ღ。
English
中文简体
