人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)有望迎來新機(jī)遇

分類：行業(yè)資訊日期：2024-04-07 11:07:53 來源：西部工控

2024年以來，人形機(jī)器人早已炙手可熱。

最近一個(gè)月時(shí)間，特斯拉三次發(fā)布人形機(jī)器人擎天柱(Optimus)性能更新迭代視頻；沉寂許久的波斯頓動(dòng)力放出一段人形機(jī)器人Atlas拾起并搬運(yùn)汽車零部件的視頻；Figure發(fā)布OpenAI大模型加持的機(jī)器人Figure 01演示視頻，能聽人話且可同時(shí)執(zhí)行兩種任務(wù)。

人形機(jī)器人主要伺服方案

人形機(jī)器人火熱的核心邏輯，其實(shí)是離不開AI軟件和硬件的發(fā)展，而大模型的進(jìn)步更是讓這個(gè)市場的想象空間變大，成為推動(dòng)行業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的重要因素。機(jī)器人技術(shù)是感知、決策、行動(dòng)和交互技術(shù)的結(jié)合，可以分為控制部分、傳感部分和機(jī)械部分，又可細(xì)分為六個(gè)子系統(tǒng)，分別是人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又稱伺服系統(tǒng)，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動(dòng)控制系統(tǒng)；例如，通過結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺和語音識(shí)別技術(shù)，伺服系統(tǒng)可以更準(zhǔn)確地識(shí)別人類的動(dòng)作和語言，從而更好地模擬人類的行為和交流。

伺服系統(tǒng)還可以與其他智能系統(tǒng)進(jìn)行鏈接，形成更智能化的人形機(jī)器人。例如，將伺服系統(tǒng)與自主導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，可以使機(jī)器人更好地自主導(dǎo)航和避障；將伺服系統(tǒng)與情感識(shí)別系統(tǒng)相結(jié)合，可以使機(jī)器人更好地理解和回應(yīng)人類的情感。

人形機(jī)器人的性能和精確度需要不斷提高，以實(shí)現(xiàn)更真實(shí)、更靈活的動(dòng)作和行為。與常見工業(yè)機(jī)器人2-6的自由度相比，人形機(jī)器人通常有30-40自由度，單臺(tái)伺服電機(jī)需求量大幅增加，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化有望推升伺服系統(tǒng)需求。當(dāng)前各人機(jī)產(chǎn)品在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器零部件選用細(xì)節(jié)上略有差異，主要與驅(qū)動(dòng)器方案的選擇有關(guān)，理論上每個(gè)關(guān)節(jié)對應(yīng)一個(gè)伺服系統(tǒng)，各家人形的伺服方案出于應(yīng)用場景與制造成本之間權(quán)衡的結(jié)果，又各自有較大的不同。特斯拉Optimus人形機(jī)器人擁有40個(gè)自由度，優(yōu)必選人形機(jī)器人walke X含有41個(gè)高性能伺服驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，達(dá)闥機(jī)器人Cloud Ginger 2.0采用41個(gè)柔性智能關(guān)節(jié)，傅利葉通用人形機(jī)器人GR-1全身更是多達(dá)51個(gè)自由度。

國產(chǎn)伺服有望迎來加速發(fā)展

伺服系統(tǒng)是使系統(tǒng)終端執(zhí)行結(jié)構(gòu)根據(jù)控制指令實(shí)現(xiàn)包括位移、轉(zhuǎn)速和力矩等多維度動(dòng)作的設(shè)備總稱，主要包括伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)兩部分。伺服驅(qū)動(dòng)器接受上位機(jī)發(fā)送的信號(hào)，轉(zhuǎn)換為功率信號(hào)(即能夠控制電機(jī)的電流)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，編碼器作為核心傳感器將電機(jī)實(shí)時(shí)位置傳送回驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器及時(shí)修正信號(hào)指令，確保電機(jī)位置、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速滿足預(yù)定要求。

據(jù)睿工業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2023-2026年，人形機(jī)器人軟硬件、集成等技術(shù)仍不成熟，該階段仍以小批量測試為主，眾多廠商進(jìn)入，但實(shí)際出貨量不超過千臺(tái)；2027-2030，人形機(jī)器人技術(shù)初步成熟化，將率先在工業(yè)裝配、特種行業(yè)(消防等)、醫(yī)療、養(yǎng)老等行業(yè)得到應(yīng)用，出貨量將快速提升，樂觀估計(jì)，到2030年全球人形機(jī)器人出貨量將接近20萬臺(tái)，市場規(guī)模超千億元。

從入局人形機(jī)器人賽道玩家來看，以波士頓動(dòng)力、Engineered Arts、優(yōu)必選為代表的傳統(tǒng)玩家，F(xiàn)igure AI、Sanctuary AI、Apptronik、智元機(jī)器人、宇樹科技為代表的初創(chuàng)公司，特斯拉、寶馬、奔馳、小鵬等汽車公司，以及小米、科大訊飛、百度等互聯(lián)網(wǎng)大廠內(nèi)外資、新舊力量、跨界巨頭等多方勢力競爭將重塑人形機(jī)器人市場格局。

2023年人形機(jī)器人入局玩家較少，但預(yù)測2024年廠商將破百家;到2030年，全行業(yè)玩廠商破千家，預(yù)計(jì)未來將看到更多來自國內(nèi)的廠商。在人形機(jī)器人商業(yè)化加速的背景下，憑借技術(shù)上的突破、性價(jià)比等優(yōu)勢，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)等驅(qū)動(dòng)廠商有望深度參與人形機(jī)器人市場

清能德創(chuàng)伺服方案

作為中國機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)先者，清能德創(chuàng)積極參與人形機(jī)器人創(chuàng)新中心(首家聚焦于人形機(jī)器人核心技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)以及應(yīng)用生態(tài)建設(shè)的創(chuàng)新中心)的組建，并已推出應(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。

清能德創(chuàng)表示，后期將進(jìn)一步針對人形機(jī)器人所需的高爆發(fā)、高性能和高功率密度伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行系列技術(shù)研發(fā)和功能優(yōu)化，推出一系列滿足人形機(jī)器人不同關(guān)節(jié)要求的高性能伺服驅(qū)動(dòng)解決方案，并積極參與建立國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為人形機(jī)器人共性技術(shù)突破提供有力基礎(chǔ)支撐。

據(jù)了解，清能德創(chuàng)驅(qū)動(dòng)器所采用GaN驅(qū)動(dòng)技術(shù)，初步規(guī)劃了三個(gè)型號(hào)，可基本滿足人形機(jī)器人腰、髖、膝、肩等關(guān)節(jié)的性能要求。

此外，清能德創(chuàng)RJM機(jī)器人關(guān)節(jié)具有精準(zhǔn)(雙絕對值編碼器、高精度全閉環(huán)控制)、靈活(靈活開放、支持組裝多種形式)、易用(快速安裝、方便接線、輕松調(diào)試)、有力(中空無框力矩電機(jī)、動(dòng)力更強(qiáng)勁)等四方面優(yōu)勢。

雷賽智能三大新品

近年人形機(jī)器人快速發(fā)展中，遇到共性技術(shù)應(yīng)用問題包括以下三方面，一是如何平穩(wěn)行走以及快速行走是非常重要的指標(biāo)，如何做到快速行走又平穩(wěn)，無框電機(jī)在此環(huán)節(jié)起到核心作用，普通電機(jī)難以實(shí)現(xiàn)高平穩(wěn)高能效運(yùn)行。

二是手眼協(xié)調(diào)操作，機(jī)器人如何做到輕松拿起雞蛋并且雙手傳遞雞蛋，靈巧手里面的空心杯電機(jī)作為重要的環(huán)節(jié)，其一致性和高響應(yīng)性將決定精確執(zhí)行伸縮動(dòng)作;三是人形機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)多達(dá)40余個(gè)，其中每個(gè)行走動(dòng)作都需要10余個(gè)執(zhí)行器協(xié)同完成，如何實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)動(dòng)是對控制器和驅(qū)動(dòng)器重大挑戰(zhàn);

雷賽智能FM1系列無框電機(jī)主打短小輕薄，動(dòng)力強(qiáng)勁，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有高密度、穩(wěn)運(yùn)行、低溫升、高可靠性、七種尺寸、高適配性、易集成、定制可選等8方面的優(yōu)勢與特色。

據(jù)了解，今年3月雷賽智能FM無框電機(jī)已實(shí)現(xiàn)成功量產(chǎn)，采用全自動(dòng)產(chǎn)線，產(chǎn)線具備高產(chǎn)能、高精度、高質(zhì)量，高智能化的四高特色，實(shí)現(xiàn)無人生產(chǎn)，每分鐘可產(chǎn)電機(jī)1臺(tái)，年產(chǎn)能達(dá)30萬臺(tái)。

此外，雷賽智能推出標(biāo)準(zhǔn)型EC系列、高轉(zhuǎn)速ECH系列、大轉(zhuǎn)矩ECT系列空心杯電機(jī)，具備高效率、高響應(yīng)、高轉(zhuǎn)矩、高可靠、低溫升、低振動(dòng)、低噪聲、小體積等特點(diǎn)。

在人形伺服驅(qū)動(dòng)器方面，具備名片大小(50-750W的規(guī)格，76*50*33.5)、接口豐富(支持抱閘、雙模擬量、雙編碼器)、方便易用(內(nèi)徑通孔設(shè)計(jì)、做好功能封裝)、更柔順(支持2路力矩傳感器、用于力控)、更精準(zhǔn)(支持2路絕對值編碼器，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，消除機(jī)械誤差)、更安全(支持2路STO輸入)、強(qiáng)匹配(圓形驅(qū)動(dòng)器、與無框電機(jī)強(qiáng)匹配)、可定制等核心產(chǎn)品特性