機(jī)器人市場(chǎng)在經(jīng)歷了前一段時(shí)期的建設(shè)熱潮以后，面對(duì)現(xiàn)階段大多數(shù)下游應(yīng)用市場(chǎng)正處于緩慢復(fù)蘇或去庫(kù)存的狀態(tài)，令到整體行業(yè)走勢(shì)仍存在諸多不確定因素，市場(chǎng)供應(yīng)鏈競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)“白熱化”。與此同時(shí)，新增市場(chǎng)聚焦于人形機(jī)器人的開發(fā)與量產(chǎn)，也吸引了越來(lái)越多產(chǎn)業(yè)人士的關(guān)注，這是因?yàn)榇懋?dāng)今科技水平最前沿的人工智能技術(shù)肩負(fù)著帶動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)新一輪躍升的重任，而其中的一個(gè)必要條件是需要借助一個(gè)硬件產(chǎn)品來(lái)落地，從目前來(lái)看，除了智能化電動(dòng)汽車之外，人形機(jī)器人可能是最被人們看好的一條長(zhǎng)坡厚雪型“賽道”。

　　組編/編輯部

　　人形機(jī)器人量產(chǎn)時(shí)間表初現(xiàn)

　　2024年，機(jī)器人市場(chǎng)異常熱鬧，這一波高潮的引爆點(diǎn)是全球人形機(jī)器人量產(chǎn)的時(shí)間表已逐漸明朗。當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月13日，特斯拉CEO馬斯克在美國(guó)得州奧斯汀舉行的年度股東大會(huì)上表示，特斯拉將于2025年開始“限量生產(chǎn)”O(jiān)ptimus人形機(jī)器人，并于明年在自有工廠測(cè)試類人機(jī)器人。他預(yù)測(cè)，明年特斯拉將擁有“超過(guò)1000個(gè)，甚至數(shù)千個(gè)在運(yùn)行的Optimus機(jī)器人”。

　　與此同時(shí)，在6月上海舉辦的中國(guó)人形機(jī)器人開發(fā)者大會(huì)上，傅利葉智能展示了最新研發(fā)的Fourier GR-1通用人形機(jī)器人，身高1.65米，體重55公斤，全身自由度最多達(dá)54個(gè)，擁有高度仿生的軀干構(gòu)型和擬人的運(yùn)動(dòng)控制，具備快速行走、敏捷避障、穩(wěn)健上下坡、抗沖擊干擾等運(yùn)動(dòng)功能?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員告訴記者，GR-1從去年9月公開發(fā)布后，至今已經(jīng)交付了65臺(tái)，量產(chǎn)了上百臺(tái)，到今年年底，預(yù)計(jì)還將交付更多。此外，宇樹科技、開普勒、優(yōu)必選、小米、智元機(jī)器人等都是目前較為活躍的本土人形機(jī)器人開發(fā)廠商，這類新型機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景主要集中在倉(cāng)儲(chǔ)物流、汽車領(lǐng)域和特種安保行業(yè)等。

　　除此之外，在工業(yè)機(jī)器人部分，根據(jù)睿工業(yè)對(duì)一季度的行業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示，2024年一季度工業(yè)機(jī)器人銷量仍同比微增4.8%左右。市場(chǎng)增長(zhǎng)主要來(lái)源于兩方面：首先是受到電子、汽車、金屬制品等下游行業(yè)的拉動(dòng);其次是機(jī)器人整體價(jià)格持續(xù)下行，在制造業(yè)的滲透率進(jìn)一步提升(圖1)。

　　此外，從一季度各類工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，Cobots協(xié)作機(jī)器人保持著較高的增速，在鋰電、光伏行業(yè)以及焊接、食品飲料的搬運(yùn)場(chǎng)景有突破;≤20kg 6-axis機(jī)器人在電子、金屬制品等一般工業(yè)的焊接應(yīng)用場(chǎng)景取得較好表現(xiàn);>20kg 6-axis機(jī)器人的增長(zhǎng)主要來(lái)源于汽車及儲(chǔ)能的海外投資項(xiàng)目，以及玻璃、建材、木工、家電等一般工業(yè)市場(chǎng)。而SCARA、Delta等常規(guī)種類則呈現(xiàn)微小的下滑態(tài)勢(shì)(圖2)。

　　不可否認(rèn)的是，面對(duì)現(xiàn)階段大多數(shù)下游應(yīng)用市場(chǎng)正處于緩慢復(fù)蘇或去庫(kù)存的狀態(tài)，令到整體工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的走勢(shì)仍存在諸多不確定因素，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)“白熱化”，終端降本增效的訴求，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用需求邏輯更加明確，倒逼各家通過(guò)資源整合優(yōu)化、加快關(guān)鍵零部件自研自產(chǎn)、尋求和上下游合作伙伴建立利益共同體等措施來(lái)不斷提升成本控制能力。

　　伺服驅(qū)動(dòng)：功率密度是重中之重

　　伺服驅(qū)動(dòng)器屬于工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的上游核心零部件之一，用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)/直線運(yùn)動(dòng)，其性能直接關(guān)系到機(jī)器人關(guān)節(jié)、執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、運(yùn)動(dòng)精度、穩(wěn)定性和效率。在工業(yè)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、直線執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)計(jì)方案中，依據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、直驅(qū)電機(jī)的不同，各個(gè)廠家會(huì)在驅(qū)動(dòng)器零部件的選用細(xì)節(jié)上有所差異。目前，國(guó)內(nèi)伺服驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)以日系的松下、安川;本土的匯川、禾川、雷賽智能、清能德創(chuàng)、埃斯頓;歐美系西門子、科爾摩根等為代表。而在微型大功率伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面，以色列ELMO、美國(guó)Celera Motion等則是這一特定領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)先者，本土的ISMC上海相石科技等也值得關(guān)注。

　　清能德創(chuàng)電氣技術(shù)(北京)有限公司是一家致力于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)的專業(yè)廠商。針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的伺服需求，清能德創(chuàng)發(fā)布的國(guó)內(nèi)首款工業(yè)機(jī)器人專用多軸一體伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品系列CoolDrive R順利通過(guò)了多家國(guó)產(chǎn)機(jī)器人頭部企業(yè)的嚴(yán)格評(píng)測(cè)并達(dá)成批量供貨，成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)核心零部件的進(jìn)口替代。據(jù)了解，目前清能德創(chuàng)也正積極參與到以電驅(qū)型人形機(jī)器人的開發(fā)大潮中，并推出了應(yīng)用于四足機(jī)器人和雙足機(jī)器人的高功率密度高性能伺服產(chǎn)品。

　　從運(yùn)動(dòng)控制的角度來(lái)看，無(wú)論是旋轉(zhuǎn)型關(guān)節(jié)執(zhí)行器，還是直線型執(zhí)行器，對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品都提出了高功率密度、高爆發(fā)、高響應(yīng)、高效率、高精度、高安全、高智能等方面的要求。尤其是功率/扭矩密度的提升成為了關(guān)鍵，為達(dá)到峰值扭矩、關(guān)節(jié)重量、自由度、整機(jī)重量之間的最佳平衡，還需要在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)開發(fā)性能更為強(qiáng)大的關(guān)節(jié)執(zhí)行器。例如，在伺服驅(qū)動(dòng)器部分，提高功率密度是重中之重，可以通過(guò)利用新型寬禁帶功率器件的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)(更快的開關(guān)頻率、更強(qiáng)的耐溫能力、更高的能源效率、更少的無(wú)源器件等)，以及開發(fā)高響應(yīng)控制算法和智能柔性伺服控制等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，快速響應(yīng)外部環(huán)境和內(nèi)部控制命令的變化，提高電流環(huán)控制能力，達(dá)到更高的采樣速率和采樣精度，并且提升速度環(huán)帶寬和響應(yīng)特性。另一方面，提高伺服電機(jī)的扭矩密度也是重點(diǎn)之一，如優(yōu)化定轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高電機(jī)磁阻轉(zhuǎn)矩;或是采用新型材料，提高電機(jī)的整體熱導(dǎo)率;或是降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，減少齒槽效應(yīng)等等。

　　另?yè)?jù)悉，今年5月，清能德創(chuàng)全資子公司蕪湖清能德創(chuàng)電子技術(shù)有限公司伺服系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)基地在安徽蕪湖市鳩江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)正式投產(chǎn)，該基地占地28畝，計(jì)劃將建設(shè)成清能德創(chuàng)的研發(fā)和系統(tǒng)測(cè)試中心、伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生產(chǎn)中心、伺服電機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)中心，實(shí)現(xiàn)自有廠房制造產(chǎn)能翻番，這也是清能德創(chuàng)增資擴(kuò)產(chǎn)、提升企業(yè)綜合實(shí)力的重要戰(zhàn)略布局。

　　微特電機(jī)：產(chǎn)品開發(fā)百花齊放

　　在工業(yè)機(jī)器人的身體關(guān)節(jié)部分，一般采用的是減速器/絲桿+伺服電機(jī)的傳動(dòng)方式，無(wú)框力矩電機(jī)以其無(wú)邊框設(shè)計(jì)，具有體積小、質(zhì)量輕、慣量低、結(jié)構(gòu)緊湊、功率高、適配性強(qiáng)等特點(diǎn)，與機(jī)器人關(guān)節(jié)高度適配，因而有著廣泛的應(yīng)用前景。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)，2022年全球無(wú)框力矩電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約為6.7億美元，預(yù)計(jì)到2029年市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)至11.7億美元作用，期間的年復(fù)合增速約為8%(圖3);目前國(guó)內(nèi)無(wú)框力矩電機(jī)主要被應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域(工業(yè)機(jī)器人及服務(wù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)和手臂)，占據(jù)80%左右的市場(chǎng)份額。從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，海外企業(yè)仍處于領(lǐng)先地位，龍頭制造商包括科爾摩根、威騰斯坦、尼得科、派克漢尼汾等;國(guó)內(nèi)企業(yè)中，步科股份、昊志機(jī)電、禾川科技等也有較強(qiáng)的產(chǎn)品力。

　　正向研發(fā)能力、匹配下游設(shè)計(jì)是這類微特電機(jī)的核心壁壘。無(wú)框力矩電機(jī)的難點(diǎn)集中體現(xiàn)在磁路和工藝設(shè)計(jì)上，海外廠商具有悠久的發(fā)展歷史和較強(qiáng)的正向研發(fā)能力，能夠通過(guò)產(chǎn)品和經(jīng)驗(yàn)積累、模擬仿真軟件快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以滿足客戶的需求。無(wú)框力矩電機(jī)的定制化程度較高，從未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，無(wú)框力矩電機(jī)的一體化程度會(huì)更高。

　　根據(jù)對(duì)Testla AI Day的報(bào)導(dǎo)，在特斯拉自主研發(fā)的六種執(zhí)行器中，線性執(zhí)行器和微特電機(jī)是人形機(jī)器人的新需求。特別是在人形機(jī)器人靈巧手、醫(yī)療精密儀器的開發(fā)方面，無(wú)刷空心杯電機(jī)越來(lái)越受到青睞。無(wú)刷空心杯電機(jī)為轉(zhuǎn)子無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為無(wú)渦流損耗和磁滯損耗，具備低摩擦性能和良好的散熱性，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的高效率;采用無(wú)刷結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提升壽命、減少噪音，也是人形機(jī)器人電池供電型設(shè)備的理想選擇。

　　根據(jù)QYResearch最新調(diào)研報(bào)告顯示，2023年全球空心杯電機(jī)市場(chǎng)約為8.1億美元，未來(lái)幾年全球空心杯電機(jī)市場(chǎng)將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，預(yù)計(jì)到2028年，市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到11.9億美元左右(圖4);其中，中國(guó)市場(chǎng)的增長(zhǎng)潛力尤為巨大，預(yù)計(jì)到2028年，中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到4.7億美元左右，占比有望提升至約40%。

　　國(guó)外空心杯電機(jī)龍頭公司包括Maxon Motor、Faulhaber、Portescap，其產(chǎn)品橫向、縱向布局均較為完善，并且具有較強(qiáng)的小尺寸電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)能力。國(guó)內(nèi)空心杯電機(jī)供應(yīng)商有鳴志電器、拓邦股份、雷賽智能、偉創(chuàng)電氣等，這些廠商的研發(fā)及生產(chǎn)普遍采用以點(diǎn)帶面的方式，隨著國(guó)內(nèi)公司的技術(shù)能力不斷深化，空心杯電機(jī)未來(lái)存在廣闊的國(guó)產(chǎn)替代空間。繞組設(shè)計(jì)與設(shè)備、產(chǎn)品矩陣及背書是空心杯電機(jī)的發(fā)展的核心壁壘，例如，Maxon Motor開發(fā)的馬鞍形線圈、Faulbaber開發(fā)的斜繞式線圈等等，都具有專利優(yōu)勢(shì)且產(chǎn)品品質(zhì)較高。

　　機(jī)電一體化、模塊化趨勢(shì)

　　減速器是連接電機(jī)和負(fù)載的中間裝置，用于降低電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速、提高輸出扭矩，它決定著機(jī)器人運(yùn)行的平滑度與穩(wěn)定度。機(jī)器人領(lǐng)域所使用的減速器屬于精密減速器，是機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的核心零部件之一，主要包括諧波減速器、RV減速器、精密行星減速器三大類。

　　以人形機(jī)器人為例，目前主流方案是：在小臂、腕部、手部等小負(fù)荷部位的關(guān)節(jié)處使用諧波減速器;RV減速器則多用于機(jī)器人上臂、下臂等大慣量關(guān)節(jié)部位。未來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)化的加速，預(yù)計(jì)人形機(jī)器人逐步放量，精密減速器作為價(jià)值量占比較高的核心零部件，市場(chǎng)規(guī)模有望大幅增長(zhǎng)。

　　日本的納博特斯克、哈默納科、住友傳動(dòng)、新寶等是全球精密減速器行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)品牌;在國(guó)內(nèi)，綠的諧波、中大力德、豐立智能、雙環(huán)傳動(dòng)等都是本土精密減速器行業(yè)的佼佼者。

　　為了滿足機(jī)器人關(guān)節(jié)執(zhí)行器對(duì)小型化、集成化的需求，機(jī)電一體化、模塊化是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，清能德創(chuàng)、同川科技等一批廠商陸續(xù)推出了集減速器、電機(jī)、編碼器、制動(dòng)器等為一體的機(jī)器人關(guān)節(jié)模組方案。

　　例如，在諧波減速器的研發(fā)生產(chǎn)中，同川科技迅速捕捉到客戶及市場(chǎng)需求，將減速器、電機(jī)、編碼器、制動(dòng)器進(jìn)行巧妙的結(jié)合，打造出高精度、高剛性、高扭矩、小體積的諧波機(jī)電一體化執(zhí)行器，有效應(yīng)用于空間小、負(fù)載大、精度要求高的工作場(chǎng)景，可有效替代部分DD馬達(dá)、中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、精密凸輪分割器、伺服+大速比行星減速機(jī)。同時(shí)，同川科技還提前布局和掌握機(jī)器人傳動(dòng)相關(guān)技術(shù)，針對(duì)協(xié)作機(jī)器人、人形機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，推出了一系列機(jī)器人傳動(dòng)關(guān)節(jié)模塊，進(jìn)一步減少機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊的體積和重量，實(shí)現(xiàn)高度集成化，在機(jī)器人關(guān)節(jié)的輕量化、模塊化開發(fā)上做出了有益的探索。

　　據(jù)悉，去年年中，同川科技引入第一輪外部投資，資金計(jì)劃主要用于公司諧波減速機(jī)產(chǎn)能擴(kuò)張、新產(chǎn)品研發(fā)和市場(chǎng)開拓，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人諧波減速器、機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略布局。

　　另外，中大力德也在現(xiàn)有減速器與小型交流、微型交/直流電機(jī)搭配的減速電機(jī)基礎(chǔ)上，深入理解“密封”與“潤(rùn)滑”的核心工藝，結(jié)合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)客戶的個(gè)性化需求，不斷升級(jí)減速電機(jī)集成與檢測(cè)技術(shù)、精密傳動(dòng)與控制技術(shù)，成功研發(fā)出“減速器+電機(jī)+驅(qū)動(dòng)”一體化智能執(zhí)行單元核心零部件的產(chǎn)品架構(gòu)，走出了一條“半個(gè)機(jī)器人”的差異化發(fā)展道路。

　　結(jié)語(yǔ)

　　可以說(shuō)，當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)更多的集中在針對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景的深度耕耘，而焊接和物料搬運(yùn)(碼垛)是工業(yè)機(jī)器人的兩個(gè)最大的下游應(yīng)用市場(chǎng)，根據(jù)Interact Analysis發(fā)布的工業(yè)機(jī)器人研究報(bào)告顯示，在2023年，超過(guò)一半的全球工業(yè)機(jī)器人銷售額來(lái)自這兩個(gè)主要應(yīng)用，其中大部分來(lái)自重載多關(guān)節(jié)機(jī)器人。另一個(gè)值得一提的現(xiàn)象是，協(xié)作機(jī)器人正借助其安全、可靠等性能優(yōu)勢(shì)，在小型工件焊接、重型碼垛等生產(chǎn)場(chǎng)景中逐漸顯露出潛力，應(yīng)用普及率開始上升。在“機(jī)器替代人”這一大趨勢(shì)下，企業(yè)將更加強(qiáng)調(diào)投入與產(chǎn)出之間的平衡，強(qiáng)化連續(xù)性生產(chǎn)的能力，柔性化、智能化將帶動(dòng)整體上下游產(chǎn)業(yè)鏈布局加速向前邁進(jìn)。

　　圖1 2016-2024年工業(yè)機(jī)器人分季度市場(chǎng)規(guī)模(單位：出貨量/臺(tái)，同比增速/%，資料來(lái)源：睿工業(yè))

　　圖2 2024年一季度各類工業(yè)機(jī)器人機(jī)型趨勢(shì)一覽圖(資料來(lái)源：睿工業(yè))

　　圖3 2022-2029年全球無(wú)框力矩電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)(資料來(lái)源：Valuates Reports，浙商證券研究所)

　　圖4 2022-2030年全球空心杯電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模趨勢(shì)預(yù)測(cè)(單位：美元，資料來(lái)源：QY Research、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理)