在科技的浩瀚星空中,人形机器人正逐渐从科幻构想迈向现实舞台。随着特斯拉人形机器人规划在2025年小规模量产,整个行业仿佛被按下加速键,国内人形机器人产业链亦是风起云涌,华为、宇树科技、智元科技、小鹏汽车等众多企业纷纷投身其中,全力推动行业向前跨越。人形机器人的量产,犹如一场即将到来的风暴,将对上游核心零部件产业产生深远影响。
一、空心杯电机:指尖灵动的幕后功臣
人形机器人的手部,宛如人类的双手般需要灵活且精准的操作。在这狭小的关节空间里,空心杯电机成为实现灵巧手功能的核心要素。作为直流永磁伺服电机家族中的微特电机(尺寸不超40mm),它就像一位身怀绝技的隐形大师,具备突出的节能天赋、灵敏便捷的控制能力以及稳定可靠的运行表现。
其独特之处在于摒弃传统,采用无铁芯转子结构,这一创举不仅消除了铁芯涡流带来的电能损耗,还大幅减轻了电机的重量与转动惯量,如同为机器人的手指穿上了轻盈且精准的“动力战衣”。
海外的瑞士MaxonMotor和德国Faulhaber长期把控着空心杯电机的市场话语权。但国内企业并未就此退缩,江苏雷利凭借自动绕线生产线这一秘密武器,与鼎智科技携手并肩,成功自研8mm有刷、10mm无刷空心杯电机,并实现16mm空心杯电机的海外批量供应。鸣志电器专注于手掌与指模控制电机模组,已向头部客户递交技术方案与样机。拓邦股份已揽获行业订单,伟创电气自主研发的10mm直流无刷空心杯电机系统也收获小批量订单。特斯拉Optimus的灵巧手依靠6个空心杯电机驱动的关节,实现11个自由度,让操作更加行云流水。
二、无框力矩电机:驱动未来的核心动力源
无框电机,伺服电机家族中的独特一员,默默充当着人形机器人执行器的动力心脏。它巧妙地去除传统电机的铁芯,以紧凑的身形实现了更高的功率密度,宛如一位高效的能量使者,兼具低能耗与低摩擦的卓越品质。
高效无框电机,是各大人形机器人厂家竞相追逐的核心竞争力。然而,由于技术门槛高耸入云,多数厂家选择专注于自主研发,使得量产并推向市场的企业屈指可数。
在全球市场版图上,科尔摩根(美国)、威腾斯坦(德国)、尼得科(日本)、派克汉尼汾(美国)、MAXONMOTOR(瑞士)等企业犹如行业巨擘,占据主导地位。国内市场虽参与者有限,但集中度颇高,步科股份、昊志机电、雷赛智能、伟创电气、禾川科技等企业成为中坚力量。无框力矩电机的性能与电机结构和编码器紧密相连,而编码器高端产品的芯片与码盘制作工艺复杂,依赖进口,成为国产化进程中的一道难关。在编码器市场,海德汉、多摩川、雷尼绍等海外企业长期称雄,2023年多摩川和海德汉在我国市场占有率合计约42%。不过,禹衡光学(奥普光电)、长春汇通(汇川技术)、宜科电子、苏州捷之硕等本土企业已崭露头角,禹衡光学更是凭借技术实力,在国内市场斩获约7.7%的份额。
三、减速器:精密传动的智慧枢纽
在机器人的精密世界里,减速器犹如智慧的枢纽,种类丰富多样,包括RV减速器、谐波减速器、精密行星减速器等。考虑到人形机器人对小型化和轻量化的极致追求,谐波与精密行星减速器脱颖而出,成为最佳拍档。
谐波减速器,作为旋转执行器的灵魂所在,在机器人的小臂、腕部和手部发挥着关键作用。它由波发生器、柔轮和刚轮巧妙组合而成,通过波发生器让柔轮产生弹性变形与刚轮啮合,实现动力传递。其单级传动比大、体积小、精度高,且能在特殊工况下稳定运行,宛如一位精密的舞者,在有限的空间里展现出卓越的传动魅力。海外的日本哈默纳科、日本新宝长期引领市场潮流,而绿的谐波如同一颗耀眼的新星,成功打破国外垄断,携手来福谐波、福德机器人、大族传动、同川科技等国内企业,开启国产替代的新篇章。
在精密行星减速器领域,国产高端产品已成功跻身国际先进水平行列,在部分领域实现对进口产品的完美替代。宇数科技 - G1和傅利叶智能 - FourierGR1等国内机器人厂商,选择自研一体化执行器并大量采用行星减速器。全球市场中,日本新宝、纽卡特等占据主导地位,国内的科峰智能、中大力德、智同科技等企业也积极参与市场角逐。此外,RV减速器以其高刚性、大扭矩承载能力著称,双环传动、中大力德、南通振康、秦川机床等企业在国内RV减速器生产领域规模较大,双环传动更是凭借15.1%的市占率成为行业佼佼者。
四、六维力传感器:感知世界的多维触角
六维力传感器,在人形机器人的感知体系中扮演着举足轻重的角色,是价值量极高的关键部件。与单维力传感器相比,它犹如一位全能的感知大师,不仅要解决力分量敏感问题,还要应对维间干扰、标定及解耦算法等复杂难题,对设备和材料的要求近乎苛刻,研发制造难度堪称巨大。
尽管目前六维力传感器的市场规模尚显小众,但MIR预测2026年后将迎来爆发式增长。特斯拉Optimus、优必选WalkerX、达闼小紫XR - 4等产品已率先应用这一技术。在国内市场,六维力传感器的集中度较高,宇立仪器、蓝点触控、坤维科技、海伯森、鑫精诚等企业成为行业的中流砥柱,柯力传感、东华测试、昊志机电等企业也在加速布局,准备在这片潜力无限的市场中大展身手。
五、柔性触觉传感器:触摸世界的温柔感知
触觉传感器,因其柔性特质而具备更高价值,它如同机器人的温柔触觉,能让机器人真切地感知周围环境。特斯拉Optimus - Gen2灵巧手的创新之举,便是为每根手指配备触觉传感器,实现11个自由度,使操作更加灵活自然。
目前,柔性触觉传感器技术由国外企业占据领先地位,Novasentis、Tekscan,Inc.等是全球主要生产商。国内柔性传感器主要活跃于消费电子领域,在人形机器人领域尚处于验证与测试阶段。不过,汉威科技、帕西尼、申昊科技、墨现科技、钛深科技等企业已敏锐捕捉到这一领域的潜力,正积极布局,探索未来发展的无限可能。
六、视觉传感器:开启智能视觉的窗口
视觉传感器,作为人形机器人的“眼睛”,依据功能可分为2D视觉与3D视觉。2D视觉如同一位平面画师,通过工业相机获取平面图像,基于平面特征进行分析,但无法触及空间坐标的维度。而3D视觉则像是一位空间艺术家,能够采集三维坐标信息,实现三维立体成像,精准分析目标的位置、形状等信息。
国内3D视觉感知行业正处于从工业级向消费级拓展的关键时期,产业链国产化进程加速推进。奥比中光、海康威视、奥普特、凌云光、天准科技、矩子科技、中科慧眼等企业凭借领先布局,不断创新,为人形机器人的视觉感知能力提升注入源源不断的动力。
七、行星滚柱丝杠:精密传动的稳健支撑
丝杠,作为旋转与直线运动转换的桥梁,常见类型有梯形螺纹丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠,性能依次提升。特斯拉Optimus选用的反向式行星滚柱丝杠,凭借结构紧凑、承载力大的优势,如同机器人的稳健“骨骼”,实现关节传动的精准控制,助力机器人完成复杂精细的任务。
行星滚柱丝杠由丝杠、滚柱等部件巧妙构成,主要服务于人形机器人的线性关节,提升腿部关节扭矩密度。然而,原材料、工艺流程和生产设备犹如三道坚固的关卡,构成其技术壁垒。全球主要企业集中在德国、瑞士和瑞典,Rollvis、GSA和Ewellix占据主要市场份额。国内北特科技、恒立液压、贝斯特、双林股份、五洲新春、禾川科技、斯菱股份、新剑传动、南京工艺、鼎智科技、KGG等企业已积极投身布局,迎接未来的挑战与机遇。
随着特斯拉人形机器人量产日期的日益临近,国内外厂商纷纷摩拳擦掌,加速入场。众多产品样机如繁星般涌现,部分领先厂家已开始谋划规模量产。人形机器人产业正站在从加速发展到全面扩张的历史转折点上,产业链各细分环节必将在这场科技盛宴中绽放出绚烂的光彩,共同书写未来智能的新篇章。