是概念炒作，還是機遇?

　　從目前的情況來看，在仿生人形機器人開發(fā)領域較為活 躍的中外廠商及其代表產(chǎn)品有：特斯拉及其Optimus(擎天 柱)、波士頓動力及其Atlas、小米及其CyberOne、優(yōu)必選 及其Walker X、傅利葉及其GR-1等等。人形機器人的市場規(guī) 模邏輯在于替代人工， 一是人口老齡化下的勞動力短缺;二是 特定行業(yè)(尤其是重復性低端行業(yè))的勞動成本降低; 三是危 險、高精度要求行業(yè)中同等成本下效率和作業(yè)能力的提升。

　　而另一個現(xiàn)實是，現(xiàn)階段，通用人形機器人的量產(chǎn)難度仍 然較大，從特斯拉的視頻介紹中可以看到，即使是執(zhí)行器的設 計也是難度和工作量極大的系統(tǒng)工程。而早在2022年3月，在 本田汽車公司東京總部，仿人機器人阿西莫(ASIMO)正式 宣布退役，結束了長達 22 年的職業(yè)生涯，本田方面給出的原 因除了公司發(fā)展規(guī)劃上的轉變之外，ASIMO的研發(fā)成本也是

　　一個重要的考慮因素。

　　一個市場要走向成熟，技術、產(chǎn)品與應用缺一不可。在 技術層面，人形機器人的核心技術在于人機交互、環(huán)境感知、 運動控制，很多領域仍有待攻關和突破。以特斯拉機器人機械 團隊自主設計的執(zhí)行器為例，針對電磁、齒輪組選擇和參數(shù) 化、定制電機設計等主要環(huán)節(jié)，需要持續(xù)進行仿真測試和演 練，得出最佳的機器人運動學參數(shù)，并不斷優(yōu)化執(zhí)行器的結構 和封裝，在機器人系統(tǒng)的集成工作量呈指數(shù)型增長的趨勢下， 完成簡潔、緊湊的封裝設計，最終促成整體系統(tǒng)交付時間的加 快，這對于規(guī)?；瘧檬侵陵P重要的。

　　在產(chǎn)品層面，應用成本是一個關鍵點，馬斯克在特斯拉 的開放日上提出，特斯拉人形機器人的最終售價將下降到2萬 美金以下，與目前產(chǎn)業(yè)鏈的成本來看，還有很大的降本空間， 但也是目前最有可能實現(xiàn)商業(yè)化落地的廠商。在應用場景方

圖 1 全球典型仿生人形機器人一覽（資料來源：網(wǎng)絡公開信息）

　　面，工廠生產(chǎn)、生活服務、勘探、救援及科研是目前這類廠 商重點開拓的目標市場，而從應用規(guī)模來看，工廠生產(chǎn)和生 活服務是最有可能引發(fā)人形機器人大批量應用的主力市場， 特別是前者，因為后者還牽涉到人類情感接受和社會融入等 議題。無論是從特斯拉本身的工廠發(fā)展，還是最近日本機器 人初創(chuàng)公司Telexistence與富士康建立合作伙伴關系，進行下 一代機器人模型“GHOST”的大規(guī)模生產(chǎn)，都反映出全球制 造業(yè)對機器人的需求已是迫在眉睫。

　　綜上所述，可以看出，仿生人形機器人的開發(fā)大多數(shù) 還處于商業(yè)化的初級階段，特斯拉等一批廠商是這一領域的 風向標。但著眼于未來，僅僅滿足“替代重復性勞動”的應 用標準，特斯拉一類超級工廠的使用需求并非空中樓閣，人 形機器人市場也許并不遙遠，緊跟趨勢，挖掘新的機會和商 機，加快布局人形機器人產(chǎn)業(yè)供應鏈，也是中國制造業(yè)高質(zhì) 量發(fā)展的一個重要方向。

　　電驅動力系統(tǒng)助力商業(yè)化

　　從整個人形機器人的構造來看，肩、手、腿三個部位的 動力系統(tǒng)最為關鍵，它們所牽引的關節(jié)活動能力直接影響到 機器人全身的靈敏度。在技術開發(fā)上，這些動力系統(tǒng)大致又 分為液驅和電驅兩種方式。

　　特斯拉等廠商采用的電驅方式中，肩部一般采用的是旋 轉執(zhí)行器、腿部用的是線性執(zhí)行器、手部則強調(diào)靈巧手設計 (圖2)。具體來看內(nèi)部的零部件，在肩部關節(jié)的旋轉執(zhí)行器中，包括諧波減速器、無框力矩電機、力矩傳感器、軸承;在 腿部的線性執(zhí)行器中會有無框力矩電機、力矩傳感器、滾珠絲 杠、軸承;為了保證人形機器人手部的靈活性，要用到空心杯 電機、步進電機、多級行星減速器、滾珠絲杠、觸覺傳感器、 力矩傳感器、紅外探測器等等。

　　與其不同的是，波士頓動力在人形機器人的動力系統(tǒng)中 采用的則是液壓驅動方式，Atlas機器人包含28個液壓驅動器 來提供動力，驅動器為充滿加壓流體的氣缸，以很大的力驅動 活塞;定制化伺服閥優(yōu)化設計演變得更小、更輕，Atlas內(nèi)部 由流體管線連接液壓驅動器。

　　兩者比較而言，電驅方式對比液驅方式主要的劣勢在于 力密度(更大的力密度帶來人形機器人更優(yōu)質(zhì)的運動性能)， 并且液驅更大的慣量也可保障人形機器人的運動更加平穩(wěn)，這 些使得電驅目前在人形機器人領域仍無法完全取代液驅方式; 但就產(chǎn)業(yè)化發(fā)展而言，電驅有望替代液驅實現(xiàn)高運控性能，以 低成本優(yōu)勢打開消費市場。電液驅動在慣量比、響應速度、力 密度等方面具備顯著優(yōu)勢， 而伺服電機系統(tǒng)通過電機性能迭 代、精密減速器優(yōu)化等途徑，未來3-5年內(nèi)有望在各項指標上 實現(xiàn)突破，且目前國內(nèi)外廠商及科研院所在的各環(huán)節(jié)均發(fā)力研 發(fā)，考慮到電驅在成本、維護、體積重量等方面均優(yōu)于液驅， 因此這一技術路線將會是商用人形機器人的不二選擇。

　　在電驅方案中，以特斯拉人形機器人的BOM表為例， 據(jù)統(tǒng)計，各類零部件的價值分布大致上分別為：各種電機占 29%，滾珠絲杠占9%，諧波減速器占6%，力矩傳感器占 3%，行星減速器占2%。由此可見，步進電機、無框力矩電機 和空心杯電機等，以及各種減速器、傳感器等都是仿生人形機 器人運動控制的核心部件。

　　在電機方面，有廠商表示，在人形機器人大關節(jié)的使用 上，無框力矩電機產(chǎn)品可以滿足其功能需求，未來需要看不同 廠家對人形機器人呈現(xiàn)的產(chǎn)品形態(tài)，可能會在尺寸和功率段內(nèi) 有一些差別和調(diào)整，但是從無框力矩電機的基礎設計和工藝來 看，可能沒有特別大的差別。

　　空心杯電機主要應用在人形機器人的手部，它是直流永 磁同步電機的一種，也是小功率段功率密度較大的一類電機。 在此基礎上，新的產(chǎn)品形態(tài)也在出現(xiàn)，以因時機器人推出的微 型伺服電缸為例，它是一種小型一體化直線伺服系統(tǒng)，其內(nèi)部 集成了高精密減速器、高性能空心杯電機、絲桿機構、傳感器 以及伺服控制系統(tǒng)，在保證更小體積的基礎上實現(xiàn)驅控一體化，具有體積小、精度高、負載大等技術特點?；谶@一技術 開發(fā)的仿人五指靈巧手依靠的是內(nèi)置的六個微型伺服電缸，可 實時反饋手指的受力情況，以實現(xiàn)對每一個手指抓握力的實時 控制，并可對不同軟硬程度、不同形狀、不同尺寸、不同材質(zhì) 的物體具有更好的適應性和交互安全性。

　　步進電機則是一種可以控制旋轉角度和位置的電機，適 用于機器人的定角度運動。它通過脈沖信號驅動來控制步進角 度，具有結構簡單、體積小、承載力強等特點，多被應用于人 形機器人的定位和步進運動中。

圖 3 仿人五指靈巧手（圖片來源：因時機器人官網(wǎng)）

　　機械傳動模組化形態(tài)興起

　　減速器連接動力源和執(zhí)行機構，它將傳動設備在高速運 轉時的動力，通過齒輪比傳動(輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸 上的大齒輪)或是差齒傳動(由于輸入端和輸出端齒輪數(shù)量 差異產(chǎn)生減速)，達到降低轉速和增大扭矩的目的。人形機器 人對減速器的精度、體積重量、減速性能等均提出了很高的要 求，要模擬人類的運動模式，就需要具備高精度、高穩(wěn)定性的 特點，且減速器必須輕量化，因此在人形機器人的膝關節(jié)、髖 關節(jié)等大關節(jié)處，RV減速器具備良好的應用前景，它是傳統(tǒng) 擺線針輪和行星齒輪傳動裝置的一種新的混合型產(chǎn)品，RV減 速器的傳動比較大;而在小關節(jié)處，諧波減速器是較為理想的 解決方案。

　　也有廠商認為，諧波減速器具有體積小、傳動比大的優(yōu)點，但是在抗沖擊能力方面稍差;行星減速器則具備剛性大、 抗沖擊能力強、價格低的優(yōu)勢，但速比大小直接影響到體積 大小，所以空間上受限;從技術角度出發(fā)，兩者都可以實現(xiàn)在 人形機器人上的應用，但都會做出特殊的設計調(diào)整，不是以單 個零件的模式，而是以模組化形態(tài)融入，令精度更高、體積更 小。

　　此外，值得關注的還有人形機器人產(chǎn)業(yè)化所帶來的滾珠 絲杠的市場需求，在特斯拉目前尚未公布的線性執(zhí)行器具體方 案中，人們預測的可能方案有兩種： 一種是4個滑動絲桿+8個 行星滾柱絲杠;另一種是14 個滾珠絲杠。根據(jù)專業(yè)機構的統(tǒng) 計， 2022年全球滾珠絲杠的市場規(guī)模約為20.4億美元，如果 不考慮人形機器人產(chǎn)業(yè)化，預計行業(yè)將保持低速穩(wěn)定成長，到 2029年，市場規(guī)模有望達到30.9 億美元，2023年至2029年 的年復合增速為6.1%。

　　主要核心零部件廠商動態(tài)

　　從目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界來看，真實的情況是大部分廠商并沒 有真正進入人形機器人市場供應鏈，還處在技術跟蹤、密切關 注的狀態(tài)。在公開信息中，只有鳴志電器等少數(shù)幾家企業(yè)透露 有獲得該領域頭部企業(yè)的關注以及合作意向，全套技術方案及 樣機正在做可靠性及實際應用的測試驗證。

　　昊志機電目前應用于機器人領域的產(chǎn)品包括數(shù)控系統(tǒng)、 諧波減速器、DD電機、驅動器、編碼器、六維力矩傳感器、 剎車機構、機器人關節(jié)模組、低壓驅動、末端執(zhí)行等，但公司 生產(chǎn)的諧波減速器等產(chǎn)品目前尚未應用于人型機器人領域。 公司憑借在機器人領域深厚的技術積累，以及通過與瑞士 Infranor集團研發(fā)人員的交流、學習和合作，先后攻克了智能 機器人用“高性能諧波減速器”、“高精度編碼器”、“一體 化關節(jié)模組”、“六維力傳感器”、“控制系統(tǒng)”等一系列核 心功能部件技術。未來，公司在機器人領域產(chǎn)品方面將繼續(xù)深 化減速器等產(chǎn)品研發(fā)，加強協(xié)作機器人市場開拓力度，拓展公 司減速器等產(chǎn)品的下游應用領域，包括工業(yè)應用領域以及醫(yī)美 業(yè)領域，推進產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

　　步科自動化開發(fā)的無框力矩電機可用在人形機器人的大 關節(jié)上，公司目前正在密切跟蹤特斯拉整體產(chǎn)品的開發(fā)情況， 并且也在和一些客戶進行相關產(chǎn)品的共創(chuàng)工作。在技術方面， 無框力矩電機在磁路和工藝設計方面都會有一定的技術要求， 隨著公司產(chǎn)品規(guī)模的擴大和工藝的創(chuàng)新，產(chǎn)品會存在一定降本空間，力爭使公司的無框力矩電機產(chǎn)品的售價更具競爭優(yōu)勢; 同時公司還開發(fā)出了多系列的電機產(chǎn)品，使得產(chǎn)品規(guī)格、尺 寸、功率等覆蓋面更全，以滿足不同客戶的需求，據(jù)介紹，目 前公司的第三代無框力矩電機產(chǎn)品可以對標國際領先產(chǎn)品，部 分型號已具備一定優(yōu)勢。

　　鳴志電器在人形機器人應用領域專注于手掌模組及指模 所用的控制電機模組的研發(fā)和制造。據(jù)悉，基于公司已具備了 該類控制電機模組的核心研發(fā)與制造技術，因此獲得了該領域 頭部企業(yè)的關注以及合作意向，公司目前已經(jīng)向該領域頭部客 戶提交了全套技術方案及樣機，供客戶做可靠性及實際應用的 測試驗證。

　　中大力德在近期的投資者關系活動中表示，公司長期深 耕于工業(yè)自動化領域，目前在機器人部分主要圍繞工業(yè)機器人 和協(xié)作機器人展開，不斷開發(fā)新的應用場景，并且針對人形機 器人這一目前熱點話題，公司也在時刻保持高度關注。

　　江蘇雷利稱，公司微型行星滾柱絲桿、滑動絲桿可以用 于人形機器人，其中滑動絲桿技術含量最高，主要用于重負 荷、主關節(jié)，公司的產(chǎn)品在樣品測試階段已得到客戶認可，目 前已經(jīng)完成開發(fā)并在成本上實現(xiàn)突破，量產(chǎn)時點需根據(jù)客戶進 度確定。

圖 4 小米 CyberOne（鐵大）（圖片來源：小米官網(wǎng)）

　　機器人新浪潮時代來臨

　　按照馬斯克的計劃，特斯拉人形機器人有望在3-5年時間 內(nèi)交付，產(chǎn)量可達到數(shù)百萬臺，價格可能不到2萬美元，這也 許是人形機器人和人類社會最近的一次距離。人形機器人之 所以能夠成為今年以來除ChatGPT人工智能新技術之外的又 一個熱點，自然有其市場及資本運作的規(guī)律在做支撐，但從 實業(yè)角度出發(fā)，看見未來，未雨綢繆，也是每一位企業(yè)家的 職責所在。就像馬斯克的星鏈項目即使一次次的失敗，但大 多數(shù)人并不會嘲笑視之，而是非常欽佩他的勇氣，他頗具遠 見和獨特的商業(yè)模式也獲得了愈來愈多投資者的青睞。人類 對未來的探索從未停止，每一次成功的背后都是以千萬次的 挫折為代價，人形機器人的開發(fā)也是一樣，它是對人類本身 資源缺陷的一次大膽嘗試。實際上，除了本文重點探討的運 動控制技術及核心部件的研發(fā)之外，人們有理由相信，在AI 算法的持續(xù)迭代、包含激光雷達在內(nèi)的多模態(tài)視覺感知模組 在機器人領域滲透率的不斷提升，以及電驅系統(tǒng)性能不斷升 級的助力之下，人形機器人將在不久的未來真正打開C端消費 市場的空間。在這一新的賽道上，工控自動化企業(yè)將迎來又 一次的產(chǎn)業(yè)革新，新的產(chǎn)品形態(tài)、新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，將會以 令人稱奇的速度涌現(xiàn)在人們面前。