随着当前人工智能浪潮的爆发,以及全球“机器换人”进程加速,人形机器人有望深入各细分消费端,成为AI下一个重要落地应用场景。
2022年,马斯克推出TeslaBot“Optimus(擎天柱)”原型机引爆人形机器人产业链。
特斯拉发布的人形机器人擎天柱Optimus承接无人驾驶技术,而AI的核心Transformer架构是NLP领域的标志性研究成果
据马斯克介绍,未来十年特斯拉人形机规划500万台产能。按量产后的2.5万美元单价计算,未来3-5年市场空间超百亿美元,十年后市场空间超千亿美元。
人形机器人是具有与人类似的身体结构和运动方式(双足行走、双手协作等)的智能机器人。
目前人形机器人并没有普遍定义 ,但根据专业书籍《Humanoid Robots》的归纳,人形机器人应当能“在人工作和居住的环境工作,操作为人设计的工具和设备,与人交流”。
在此前提下,人形机器人最终应具有与人类似的身体结构,包括头、躯干和四肢,使用双足行走,用多指手执行各种操作,并具有某些特定的程度的认知和决策智能。
作为通用化程度高、高度集成和智能化的机器人,人形机器人既需要极强的运动控制能力,也需要强大的感知和计算能力。
其技术难点在于尽可能模仿人的各类场景下“感知-认知-决策-执行”的过程,涉及仿生感知认知技术、生机电融全技术、人工智能技术、大数据云计算技术、视深导航技术等各领域的尖端技术。
核心零部件种类与现有的机器人类似,包括驱动装置(伺服系统+减速器)、控制装置(控制器)和各类传感器。
零部件中成本占比最高的是减速器,它的毛利率也最高达到40%,其次是伺服系统(35%)和控制器(25%)。
与常见工业机器人2-6的自由度相比,人形机器人通常有30-40自由度,单台伺服电机需求量大幅度的增加,人形机器人产业化有望推升伺服系统需求。
减速器是连接动力源和执行机构的中间机构,具有匹配转速和传递转矩的作用,是机器人使用的精密传动装置,通常1:1配合电机使用。
由于人形机器人结构更接近人形,每个关节受力更为复杂,对减速器负载和电机响应速度要求更高。
机器人使用的减速器大致上可以分为行星减速器,谐波减速器及RV(摆线针轮)减速器。
在RV减速器市场,日本纳博特斯克处于垄断地位,占据了我国市场一半以上的份额,海外主要厂商还包括日本住友等。
国内主要厂商包括双环传动、秦川机床、中大力德、南通振康、珠海飞马、智同科技等数家企业都在全力发展国产RV减速机产品,但在转动精度和传动效率上距离国外产品尚有一定差距。
德国企业处于领头羊,如德国纽卡特(Neugart)、德国威腾斯坦(WITTENSTEIN AG)、德国赛威传动(SEW Eurodrive)等,其他竞争力较强的还有日本企业,例如日本住友、日本电产等。
目前人形机器人生产规模较小,进入量产后,各家控制器采用自产或外购模式尚不明朗。
一类是主流的大型机器人厂商,自主研发控制器和控制算法,包括ABB、KUKA、发那科、国内的埃斯顿等。
另一类则是专业的控制管理系统厂商,单独售卖控制器,提供可扩展和二次开发的硬件和软件平台,包括KEBA、贝加莱、倍福。
国内工业机器人生厂商均自主研发了自家的控制管理系统,包括新松机器人、埃斯顿、华中数控、新时达、广州数控、汇川技术等公司,也诞生了一批专业的控制管理系统服务商如固高科技、英威腾、卡诺普等。