是概念炒作，還是機(jī)遇?

　　從目前的情況來看，在仿生人形機(jī)器人開發(fā)領(lǐng)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(dòng)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(jī)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(dòng)力短缺;二是 特定行業(yè)(尤其是重復(fù)性低端行業(yè))的勞動(dòng)成本降低; 三是危 險(xiǎn)、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(gè)現(xiàn)實(shí)是，現(xiàn)階段，通用人形機(jī)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(shè) 計(jì)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(jī)器人阿西莫(ASIMO)正式 宣布退役，結(jié)束了長達(dá) 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(zhuǎn)變之外，ASIMO的研發(fā)成本也是

　　一個(gè)重要的考慮因素。

　　一個(gè)市場要走向成熟，技術(shù)、產(chǎn)品與應(yīng)用缺一不可。在 技術(shù)層面，人形機(jī)器人的核心技術(shù)在于人機(jī)交互、環(huán)境感知、 運(yùn)動(dòng)控制，很多領(lǐng)域仍有待攻關(guān)和突破。以特斯拉機(jī)器人機(jī)械 團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)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(jī)設(shè)計(jì)等主要環(huán)節(jié)，需要持續(xù)進(jìn)行仿真測試和演 練，得出最佳的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并不斷優(yōu)化執(zhí)行器的結(jié)構(gòu) 和封裝，在機(jī)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(shè)計(jì)，最終促成整體系統(tǒng)交付時(shí)間的加 快，這對于規(guī)?；瘧?yīng)用是至關(guān)重要的。

　　在產(chǎn)品層面，應(yīng)用成本是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，馬斯克在特斯拉 的開放日上提出，特斯拉人形機(jī)器人的最終售價(jià)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(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地的廠商。在應(yīng)用場景方

圖 1 全球典型仿生人形機(jī)器人一覽（資料來源：網(wǎng)絡(luò)公開信息）

　　面，工廠生產(chǎn)、生活服務(wù)、勘探、救援及科研是目前這類廠 商重點(diǎn)開拓的目標(biāo)市場，而從應(yīng)用規(guī)模來看，工廠生產(chǎn)和生 活服務(wù)是最有可能引發(fā)人形機(jī)器人大批量應(yīng)用的主力市場， 特別是前者，因?yàn)楹笳哌€牽涉到人類情感接受和社會(huì)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(jī)器 人初創(chuàng)公司Telexistence與富士康建立合作伙伴關(guān)系，進(jìn)行下 一代機(jī)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(jī)器人的需求已是迫在眉睫。

　　綜上所述，可以看出，仿生人形機(jī)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(lǐng)域的 風(fēng)向標(biāo)。但著眼于未來，僅僅滿足“替代重復(fù)性勞動(dòng)”的應(yīng) 用標(biāo)準(zhǔn)，特斯拉一類超級工廠的使用需求并非空中樓閣，人 形機(jī)器人市場也許并不遙遠(yuǎn)，緊跟趨勢，挖掘新的機(jī)會(huì)和商 機(jī)，加快布局人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，也是中國制造業(yè)高質(zhì) 量發(fā)展的一個(gè)重要方向。

　　電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)助力商業(yè)化

　　從整個(gè)人形機(jī)器人的構(gòu)造來看，肩、手、腿三個(gè)部位的 動(dòng)力系統(tǒng)最為關(guān)鍵，它們所牽引的關(guān)節(jié)活動(dòng)能力直接影響到 機(jī)器人全身的靈敏度。在技術(shù)開發(fā)上，這些動(dòng)力系統(tǒng)大致又 分為液驅(qū)和電驅(qū)兩種方式。

　　特斯拉等廠商采用的電驅(qū)方式中，肩部一般采用的是旋 轉(zhuǎn)執(zhí)行器、腿部用的是線性執(zhí)行器、手部則強(qiáng)調(diào)靈巧手設(shè)計(jì) (圖2)。具體來看內(nèi)部的零部件，在肩部關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器中，包括諧波減速器、無框力矩電機(jī)、力矩傳感器、軸承;在 腿部的線性執(zhí)行器中會(huì)有無框力矩電機(jī)、力矩傳感器、滾珠絲 杠、軸承;為了保證人形機(jī)器人手部的靈活性，要用到空心杯 電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、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(dòng)力在人形機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)中 采用的則是液壓驅(qū)動(dòng)方式，Atlas機(jī)器人包含28個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)器 來提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)器為充滿加壓流體的氣缸，以很大的力驅(qū)動(dòng) 活塞;定制化伺服閥優(yōu)化設(shè)計(jì)演變得更小、更輕，Atlas內(nèi)部 由流體管線連接液壓驅(qū)動(dòng)器。

　　兩者比較而言，電驅(qū)方式對比液驅(qū)方式主要的劣勢在于 力密度(更大的力密度帶來人形機(jī)器人更優(yōu)質(zhì)的運(yùn)動(dòng)性能)， 并且液驅(qū)更大的慣量也可保障人形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，這 些使得電驅(qū)目前在人形機(jī)器人領(lǐng)域仍無法完全取代液驅(qū)方式; 但就產(chǎn)業(yè)化發(fā)展而言，電驅(qū)有望替代液驅(qū)實(shí)現(xiàn)高運(yùn)控性能，以 低成本優(yōu)勢打開消費(fèi)市場。電液驅(qū)動(dòng)在慣量比、響應(yīng)速度、力 密度等方面具備顯著優(yōu)勢， 而伺服電機(jī)系統(tǒng)通過電機(jī)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(xiàng)指標(biāo)上 實(shí)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(qū)在成本、維護(hù)、體積重量等方面均優(yōu)于液驅(qū)， 因此這一技術(shù)路線將會(huì)是商用人形機(jī)器人的不二選擇。

　　在電驅(qū)方案中，以特斯拉人形機(jī)器人的BOM表為例， 據(jù)統(tǒng)計(jì)，各類零部件的價(jià)值分布大致上分別為：各種電機(jī)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(jìn)電機(jī)、無框力矩電機(jī) 和空心杯電機(jī)等，以及各種減速器、傳感器等都是仿生人形機(jī) 器人運(yùn)動(dòng)控制的核心部件。

　　在電機(jī)方面，有廠商表示，在人形機(jī)器人大關(guān)節(jié)的使用 上，無框力矩電機(jī)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(jī)器人呈現(xiàn)的產(chǎn)品形態(tài)，可能會(huì)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(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和工藝來 看，可能沒有特別大的差別。

　　空心杯電機(jī)主要應(yīng)用在人形機(jī)器人的手部，它是直流永 磁同步電機(jī)的一種，也是小功率段功率密度較大的一類電機(jī)。 在此基礎(chǔ)上，新的產(chǎn)品形態(tài)也在出現(xiàn)，以因時(shí)機(jī)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(jī)、絲桿機(jī)構(gòu)、傳感器 以及伺服控制系統(tǒng)，在保證更小體積的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)驅(qū)控一體化，具有體積小、精度高、負(fù)載大等技術(shù)特點(diǎn)?；谶@一技術(shù) 開發(fā)的仿人五指靈巧手依靠的是內(nèi)置的六個(gè)微型伺服電缸，可 實(shí)時(shí)反饋手指的受力情況，以實(shí)現(xiàn)對每一個(gè)手指抓握力的實(shí)時(shí) 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(yīng)性和交互安全性。

　　步進(jìn)電機(jī)則是一種可以控制旋轉(zhuǎn)角度和位置的電機(jī)，適 用于機(jī)器人的定角度運(yùn)動(dòng)。它通過脈沖信號驅(qū)動(dòng)來控制步進(jìn)角 度，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、承載力強(qiáng)等特點(diǎn)，多被應(yīng)用于人 形機(jī)器人的定位和步進(jìn)運(yùn)動(dòng)中。

圖 3 仿人五指靈巧手（圖片來源：因時(shí)機(jī)器人官網(wǎng)）

　　機(jī)械傳動(dòng)模組化形態(tài)興起

　　減速器連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它將傳動(dòng)設(shè)備在高速運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)力，通過齒輪比傳動(dòng)(輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸 上的大齒輪)或是差齒傳動(dòng)(由于輸入端和輸出端齒輪數(shù)量 差異產(chǎn)生減速)，達(dá)到降低轉(zhuǎn)速和增大扭矩的目的。人形機(jī)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(yùn)動(dòng)模式，就需要具備高精度、高穩(wěn)定性的 特點(diǎn)，且減速器必須輕量化，因此在人形機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)、髖 關(guān)節(jié)等大關(guān)節(jié)處，RV減速器具備良好的應(yīng)用前景，它是傳統(tǒng) 擺線針輪和行星齒輪傳動(dòng)裝置的一種新的混合型產(chǎn)品，RV減 速器的傳動(dòng)比較大;而在小關(guān)節(jié)處，諧波減速器是較為理想的 解決方案。

　　也有廠商認(rèn)為，諧波減速器具有體積小、傳動(dòng)比大的優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)、價(jià)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(shù)角度出發(fā)，兩者都可以實(shí)現(xiàn)在 人形機(jī)器人上的應(yīng)用，但都會(huì)做出特殊的設(shè)計(jì)調(diào)整，不是以單 個(gè)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(guān)注的還有人形機(jī)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(yù)測的可能方案有兩種： 一種是4個(gè)滑動(dòng)絲桿+8個(gè) 行星滾柱絲杠;另一種是14 個(gè)滾珠絲杠。根據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)的統(tǒng) 計(jì)， 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(jī)器人產(chǎn)業(yè)化，預(yù)計(jì)行業(yè)將保持低速穩(wěn)定成長，到 2029年，市場規(guī)模有望達(dá)到30.9 億美元，2023年至2029年 的年復(fù)合增速為6.1%。

　　主要核心零部件廠商動(dòng)態(tài)

　　從目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界來看，真實(shí)的情況是大部分廠商并沒 有真正進(jìn)入人形機(jī)器人市場供應(yīng)鏈，還處在技術(shù)跟蹤、密切關(guān) 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(lǐng)域頭部企業(yè)的關(guān)注以及合作意向，全套技術(shù)方案及 樣機(jī)正在做可靠性及實(shí)際應(yīng)用的測試驗(yàn)證。

　　昊志機(jī)電目前應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域的產(chǎn)品包括數(shù)控系統(tǒng)、 諧波減速器、DD電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、編碼器、六維力矩傳感器、 剎車機(jī)構(gòu)、機(jī)器人關(guān)節(jié)模組、低壓驅(qū)動(dòng)、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(yīng)用于人型機(jī)器人領(lǐng)域。 公司憑借在機(jī)器人領(lǐng)域深厚的技術(shù)積累，以及通過與瑞士 Infranor集團(tuán)研發(fā)人員的交流、學(xué)習(xí)和合作，先后攻克了智能 機(jī)器人用“高性能諧波減速器”、“高精度編碼器”、“一體 化關(guān)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(shù)。未來，公司在機(jī)器人領(lǐng)域產(chǎn)品方面將繼續(xù)深 化減速器等產(chǎn)品研發(fā)，加強(qiáng)協(xié)作機(jī)器人市場開拓力度，拓展公 司減速器等產(chǎn)品的下游應(yīng)用領(lǐng)域，包括工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域以及醫(yī)美 業(yè)領(lǐng)域，推進(jìn)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

　　步科自動(dòng)化開發(fā)的無框力矩電機(jī)可用在人形機(jī)器人的大 關(guān)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(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的共創(chuàng)工作。在技術(shù)方面， 無框力矩電機(jī)在磁路和工藝設(shè)計(jì)方面都會(huì)有一定的技術(shù)要求， 隨著公司產(chǎn)品規(guī)模的擴(kuò)大和工藝的創(chuàng)新，產(chǎn)品會(huì)存在一定降本空間，力爭使公司的無框力矩電機(jī)產(chǎn)品的售價(jià)更具競爭優(yōu)勢; 同時(shí)公司還開發(fā)出了多系列的電機(jī)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(jī)產(chǎn)品可以對標(biāo)國際領(lǐng)先產(chǎn)品，部 分型號已具備一定優(yōu)勢。

　　鳴志電器在人形機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂谑终颇＝M及指模 所用的控制電機(jī)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(jī)模組的核心研發(fā)與制造技術(shù)，因此獲得了該領(lǐng)域 頭部企業(yè)的關(guān)注以及合作意向，公司目前已經(jīng)向該領(lǐng)域頭部客 戶提交了全套技術(shù)方案及樣機(jī)，供客戶做可靠性及實(shí)際應(yīng)用的 測試驗(yàn)證。

　　中大力德在近期的投資者關(guān)系活動(dòng)中表示，公司長期深 耕于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，目前在機(jī)器人部分主要圍繞工業(yè)機(jī)器人 和協(xié)作機(jī)器人展開，不斷開發(fā)新的應(yīng)用場景，并且針對人形機(jī) 器人這一目前熱點(diǎn)話題，公司也在時(shí)刻保持高度關(guān)注。

　　江蘇雷利稱，公司微型行星滾柱絲桿、滑動(dòng)絲桿可以用 于人形機(jī)器人，其中滑動(dòng)絲桿技術(shù)含量最高，主要用于重負(fù) 荷、主關(guān)節(jié)，公司的產(chǎn)品在樣品測試階段已得到客戶認(rèn)可，目 前已經(jīng)完成開發(fā)并在成本上實(shí)現(xiàn)突破，量產(chǎn)時(shí)點(diǎn)需根據(jù)客戶進(jìn) 度確定。

圖 4 小米 CyberOne（鐵大）（圖片來源：小米官網(wǎng)）

　　機(jī)器人新浪潮時(shí)代來臨

　　按照馬斯克的計(jì)劃，特斯拉人形機(jī)器人有望在3-5年時(shí)間 內(nèi)交付，產(chǎn)量可達(dá)到數(shù)百萬臺(tái)，價(jià)格可能不到2萬美元，這也 許是人形機(jī)器人和人類社會(huì)最近的一次距離。人形機(jī)器人之 所以能夠成為今年以來除ChatGPT人工智能新技術(shù)之外的又 一個(gè)熱點(diǎn)，自然有其市場及資本運(yùn)作的規(guī)律在做支撐，但從 實(shí)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(zé)所在。就像馬斯克的星鏈項(xiàng)目即使一次次的失敗，但大 多數(shù)人并不會(huì)嘲笑視之，而是非常欽佩他的勇氣，他頗具遠(yuǎn) 見和獨(dú)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(jià)，人形機(jī)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(shí)際上，除了本文重點(diǎn)探討的運(yùn) 動(dòng)控制技術(shù)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(dá)在內(nèi)的多模態(tài)視覺感知模組 在機(jī)器人領(lǐng)域滲透率的不斷提升，以及電驅(qū)系統(tǒng)性能不斷升 級的助力之下，人形機(jī)器人將在不久的未來真正打開C端消費(fèi) 市場的空間。在這一新的賽道上，工控自動(dòng)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(huì)以 令人稱奇的速度涌現(xiàn)在人們面前。