2023年8月16日,世界人形机器人大会在北京召开,各厂商人形机器人产品百花齐放,“关节”方案多样。其中,关节电机方案确定性较高,多选用无框电机做关节集成,且具有定制需求。灵巧手采用空心杯电机+多级行星减速器,在此基础上集成丝杠、传感器及驱动器后形成微型伺服电缸。
行星滚柱丝杠是丝杠中性能最优异也最贵的品类,为目前性能最优的关节方案。由于价格高昂,降本能力将成为行星滚柱丝杠方案能否大量应用的关键。特斯拉采用行星滚柱丝杠的优势主要在于,其申请了采用滚柱丝杠的汽车线控转向专利后,可加速滚柱丝杠量产进程,加快车机协同,实现降本。除行星滚柱丝杠外,其他几种人形机器人腿部传动方案包括滚柱丝杠、连杆、T型丝杠等。其中智元机器人的轮足式结构采用连杆方案,能够在轮式模式和足式模式之间可切换。
(1)力控方面,智元机器人将视觉传感集成进灵巧手指尖,实现末端视觉闭环,可实现精细操作。帕西尼采用多维度大阵列触觉传感器,能完成抓取薯片、缝合伤口等精细动作。力矩传感一般集成在关节中,机器人自由度越高,对力矩传感的精度、协同性要求就越高;柔性机械臂的力矩传感主要使用SEA方案。(2)控制管理系统方面,智元的具身智脑EI-Brain架构把控制管理系统分为云端的超脑和端侧的大脑、小脑,以及脑干几层;大脑提供AI辅助的抽象思维能力,小脑生成运动控制指令,脑干负责电机控制、伺服等硬件底层任务。而对于特斯拉人形机器人来说,由于其本身的软件及算法已经很强,我们大家都认为,后续量产落地的关键主要在于“小脑”及“脑干”级的对应厂商能否配合产品迭代并实现有力降本。
(1)减速器方面,大量国产人形机器人厂商推出一体化关节模组,大多采用“伺服电机+驱动器+谐波减速器/行星减速器+传感器”的方案。而在需要高承载能力的关节,高刚性高精度的行星减速器可能是更好的选择。(2)轴承方面,以特斯拉机器人为例,其旋转/线性关节分别使用到了角接触轴承、交叉滚子轴承、四点接触轴承及深沟球轴承。其中交叉滚子轴承制造难度最大,国内具有大批量供应能力的厂商不足10家。其他三种轴承技术壁垒相比来说较低,国内供应成熟。
本体:博实股份等技术优势突出、享受人形机器人产业政策支持的本体厂商。零部件:按照竞争格局、价值量、受益确定性排序:(1)丝杠与关节轴承:五洲新春;(2)传感器:奥普光电、奥比中光(指尖视觉传感器)、昊志机电;(3)电机:鸣志电器(空心杯电机)、步科股份(无框力矩电机);(4)行星减速器:中大力德、双环传动;(5)控制器:拓邦股份、雷赛智能。
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