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人形机器人爆火,电机系统的下一个万亿级蓝海

2024-09-20


在前不久举办的Inclusion外滩大会上,人形机器人成为焦点,来自多家科技企业的多款新型机器人亮相。比如,宇树科技全球首款拥有原地后空翻能力的全尺寸电驱人形机器人Unitree H1、四足机器人Go2均参加了Inclusion外滩大会;田螺云厨和支付宝百宝箱合作研发的AI烹饪机器人也参与了Inclusion外滩大会,工作人员称,可以自动识别食材,根据食材推荐菜单供用户选择,只要按照提示步骤操作,就能收获一盘菜肴。


目前,全球人形机器人产业大爆发,虽然规模性商业落地还需时日,但已经来到了“井喷前夜”。在人形机器人系统中,电机控制系统是核心元件之一,也即将迎来一片新的产业蓝海。

万亿规模的人形机器人市场

当前,发展人形机器人可谓是天时地利人和。政策方面,无论是国家还是地方,都推出了非常多的人形机器人产业指导和扶持政策。举一个例子,去年10月,我国工信部印发了《人形机器人创新发展指导意见》,这份文件指出,要加快推动我国人形机器人产业创新发展,为建设制造强国、网络强国和数字中国提供支撑。


除了国家层面的指导性政策,地方政府也是非常看重人形机器人产业发展,目前北京、上海和深圳最为积极。分享一个北京方面的政策,《北京市机器人产业创新发展行动方案(2023-2025年)》要求,到2025年,北京市机器人产业创新能力大幅提升,培育100种高技术高附加值机器人产品、100种具有全国推广价值的应用场景,万人机器人拥有量达到世界领先水平,形成创新要素集聚、创新创业活跃的发展生态。全市机器人核心产业收入达到300亿元以上,打造国内领先、国际先进的机器人产业集群。另外,北京还于2023年11月在北京亦庄成立了国内首个省级人形机器人创新中心——北京人形机器人创新中心。


为什么政策如此重视人形机器人呢?主要还是看中了人形机器人巨大的发展潜力。目前,已经比较明确的场景有工业生产、陪护、家务、物流、军事和航天等。在工业生产领域,Figure AI公司最新发布的人形机器人Figure 02是最吸引关注的,这款机器人已经进入汽车工厂进行测试,德国汽车制造商宝马此前宣布,首次在其美国斯巴达堡工厂中使用Figure AI的人形机器人。Figure 02在持续数周的测试操作中,在真实生产环境中成功将钣金零件插入车身结构中。据宝马集团称,相关生产步骤需要特别的触觉能力。Figure 02可以熟练地独立放置各种复杂零件,精度可达毫米级。


相较于Figure 01,Figure 02的计算能力和人工智能推理能力提高了3倍,手部有16个自由度,能够携带重达25公斤的物体。每一根手指都由一个集成单元驱动。同时,大量的电源传感器信号布线被包裹在手和手指上,这为其提供了与人类手腕相似的力量运动范围。


在物流运输领域,目前可选的人形机器人非常多,包括Agility Robotics、1x、Figure AI、Apptronik等多家企业都已经推出相关方案。美国俄勒冈州立大学工程学院孵化的机器人公司Agility Robotics与知名供应链解决方案提供商Zion Solutions Group宣布达成战略合作,旨在共同推动人形机器人在工业环境中的实用性和系统集成。Agility Robotics研发的Digit双足移动操纵机器人(MMR)专为解决仓储自动化所面临的难题而设计,采用了人工智能模型,能够快速、持续地适应新的任务和工作流程。 同时,这款机器人能够高效地处理那些单调乏味的散装物料搬运任务,同时还能有效地将手动操作和自动化流程紧密连接起来。


统计数据显示,2026年中国人形机器人产业规模将突破200亿元,到2035年人形机器人市场规模有望超过11000亿元,成为万亿规模市场

人形机器人里的电机类型

人形机器人作为现代智能科技的重要代表,具备模拟人类肢体运动和动作的能力,要实现这些能力就离不开电机。因此,电机系统被认为是人形机器人发展的核心赛道之一。


从电机用量的角度来看,目前单台人形机器人的电机用量超过40个,也会涉及很多电机类型。比如,步进电机是线性关节和眼球控制等系统主要采用的电机。在线性关节里,步进电机能够快速响应指令,使机器人能够准确地完成各种动作。同时,步进电机还具备较高的效率和稳定性,保证了人形机器人的运动平稳性和精确性。另外,步进电机在人形机器人的眼睛部位具有较好的适配性,因此在人形机器人眼部安装步进电机是一个理想的选择。


空心杯电机则是旋转关节主要用到的电机,作为直流永磁伺服电机的一种,最大的特点就是转子在结构上突破了传统电机的转子结构形式,采用的是无铁芯转子,降低了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗,同时其质量和转动惯量大幅降低,从而减少了转子自身的机械能损耗。综合来看,空心杯电机拥有功率密度高、使用寿命长、响应速度快、峰值转矩高、散热性好等优点。特斯拉的人形机器人Optimus就是空心杯电机应用的一个典型案例。


另外,人形机器人在控制环节还会用到无框力矩电机,能够在电机低速甚至堵转时仍能提供稳定的力矩给负载。在驱动和动力方面,主要用到的电机包括有刷电机、无刷电机、单相交流电机、三相交流电机和直线电机等。

结语

与传统的机器人相比,人形机器人在环境适应性、任务操作多样性和人机交互方面具有显著优势。当然,这就要求应用于人形机器人的电机有着更加精准高效的控制,以完成更加复杂的控制逻辑,随着人形机器人逐渐释放潜力,电机系统有望继续升级革新,一起撬动万亿级别的人形机器人应用市场。



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