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人形机器人灵巧手拆解:三大关键赛道,布局龙头梳理

作者:乐晴行业观察

据报道,北京人形机器人创新中心即将发布第一代通用开放人形机器人本体。

据北京人形机器人创新中心相关负责人介绍,该中心一直专注于人形机器人领域的技术攻关。其目标是为整个行业打造一个共性技术平台和公共服务平台,并制定和规范人形机器人的相关标准,从而推动整个行业的快速发展。

进入2024年后,全球范围内的科技巨头陆续加码人形机器人的布局。

特斯拉三次发布了人形机器人擎天柱(Optimus)的性能更新迭代视频;谷歌DeepMind与斯坦福大学联合推出的阿罗哈(Mobile Aloha)也经历了两次迭代更新;波斯顿动力也放出了人形机器人Atlas拾起并搬运汽车零部件的视频;Figure公司成功将其人形机器人送进了宝马工厂。

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当前随着AI和软件的加速迭代,硬件供应成为人形机器人量产的关键。

和工业机器人相比,人形机器人的硬件成本构成更为复杂。在人形机器人中,除了减速器、伺服系统和控制器以外,还需要额外的传感器和其他系统集成。以特斯拉人形机器人手部关节为例,主要的零部件包括空心杯电机、减速器以及触觉传感器三大核心环节。

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资料来源:特斯拉

空心杯电机

空心杯电机是特斯拉人形机器人手部执行器中的关键部件,占据了其成本超过50%。每台人形机器人需要配备多达12个空心杯电机,以确保手指的精确和流畅运动。

空心杯电机的创新之处在于其无铁芯转子设计,优化了电动机的运转性能。由于省去了铁芯所占的空间,空心杯电机能够实现更紧凑的尺寸和更高的效率。

无刷空心杯电机的定子部分采用空心杯绕组和无齿槽铁芯设计,融合了传统直流无刷电机的高转速、长寿命、低噪音特性以及高效率优势。

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作为一种直流永磁伺服电机,空心杯电机的尺寸通常不超过40mm,属于微特电机的范畴。

目前,全球空心杯电机市场主要由欧美企业占据主导地位,主要龙头厂商包括瑞士Maxon、德国Faulhaber、瑞士Portescap。

国内的空心杯电机产业起步较晚,但是在成本方面具备明显优势,有望在未来量产过程中持续受益。

目前,以国内运动控制领域的头部厂商鸣志电器、鼎智科技以及智能控制领域的拓邦股份,以及伟创电气、兆威机电、禾川科技为代表的厂商已布局空心杯电机业务,并取得一定进展。

国内空心杯电机主要厂商梳理:

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资料行源:行行查

减速器

减速器是传动系统中实现降速增矩的必备部件。其核心功能在于将伺服电机输出的高转速、低转矩动力有效地转换为低转速、高转矩的动力。这种转换对于驱动机器人关节运行以及确保机械设备的平稳、高效运转至关重要。

在人形机器人中,谐波减速器是理想的优选减速方案。

谐波减速器体积小传动比高且精密度出众,在负载较轻的精密减速器领域具有显著的应用优势,特别适合于机器人小关节的使用场景。

谐波减速器的核心技术涵盖谐波齿形的设计、柔轮的设计和成型工艺以及波发生器的加工工艺等多个方面。

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特斯拉Optimus旋转执行器在肩关节、腕部、腰部等多个部位均采用了谐波减速器。

自1961年谐波传动技术引入大陆以来,大陆在该领域的研究与应用不断取得突破。1962年大陆成功研制出第一台谐波减速器,随后以绿的谐波为首的国产谐波减速器企业开始大力投入研发,并逐步实现了产业化。

行星减速器同样是人形机器人的核心零部件之一,与伺服电机、控制器共同组成了移动机器人的驱动单元。精密行星减速器的传动效率高,能够确保机器人在移动过程中的稳定性与精准性。

其结构特点包括一个固定的内齿圈和一个由外部动力驱动的太阳齿轮,以及介于两者之间的行星齿轮。这些行星齿轮通过滚针等分排布于行星架上,实现了高效的动力传输与减速效果。

目前,大陆行星减速器行业的格局相对分散,头部国产厂家包括中大力德、科峰智能、纽氏达特等。

触觉传感器

触觉感知对于人形机器人迈向通用化和智能化具有重要的作用。

在未来的发展中,如果人形机器人要在动态和非结构化的环境中实现安全交互,那么精准的身体触觉感知将成为关键的一环。

与人类身体相似,人形机器人的触觉感受器在不同部位的分布密度也存在差异。从高到低排序,手指、手腕、肩膀、膝盖、大腿等部位依次排列。

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一般而言,触觉感受器密度越高的区域,对应的触觉需求也越强。

通过模拟人体触觉感受器的分布和功能,人形机器人可以更加真实地感知外部环境,实现精准的操作和交互。

BioTac触觉传感器应用于灵巧手:

人形机器人灵巧手拆解:三大关键赛道,布局龙头梳理

资料来源:BioTac

柔性触觉传感器是相对新兴的领域,众多跨国集团和初创公司的加以关注。

目前,这一市场高端产能主要被外国厂商所占据,形成了较为集中的市场格局。

全球范围内,柔性触觉传感器市场的头部企业包括Novasentis、Tekscan、Japan Display Inc. (JDI)、Baumer、Fraba等,这五家公司合计占据了近60%的市场份额。

在机器人+电子皮肤领域,生产商以初创企业为主,其技术大多来源于知名高校。例如,XELA Robotics和帕西尼的技术源自日本早稻田大学,而Syntouch的技术则来源于美国南加州大学。#机器人##人形机器人##科技##财经##人工智能#

国内市场上,汉威科技、申昊科技、柯力传感、康斯特、力感科技、钛深科技、广州埔慧科技、慧闻科技等企业也在加速布局柔性触觉传感器领域。

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