◼ 人形機器人:行則將至,量產可期。人形機器人是AI技術落地物理世界的優(yōu)質載體,近兩年通用大模型的發(fā)展賦予人形機器人強大的泛化能力,產業(yè)進入商業(yè)化落地的初級 階段,特斯拉、Open AI、英偉達、三星等科技巨頭紛紛入局搶占行業(yè)高地。以特斯拉為例,馬斯克于2021年提出人形機器人概念機Tesla Bot,2022年推出原型機 Optimus,2023年12月推出Optimus-Gen2,相比一代進化顯著,感知、大腦、運控能力明顯提升。伴隨特斯拉Optimus落地,2025年人形機器人將步入量產元年,其應 用場景有望經(jīng)歷“汽車工廠應用—制造業(yè)開始全面滲透鋪開—成熟后走進千家萬戶”三個階段。據(jù)我們測算,至2030年全球人形機器人需求有望達200萬臺,對應市場空 間超5700億元。
◼ 執(zhí)行系統(tǒng):靈活關節(jié),絲杠、電機、減速器是關鍵。硬件決定人形機器人的運動靈活程度,特斯拉Optimus關節(jié)由40個執(zhí)行器組成,核心零部件包括絲杠、電機、減速器, 旋轉關節(jié)、直線關節(jié)、靈巧手合計成本占比超過50%,降本訴求下國內產業(yè)鏈更具優(yōu)勢。1)絲杠:用于直線關節(jié),主要種類包括梯形絲杠和滾柱絲杠,常見的加工工藝包 括車削、銑削、磨削,其中磨床是粗加工和精加工環(huán)節(jié)的重要設備;目前成本占比23.4%,降本需求最為迫切。2)電機:無框力矩電機用于旋轉關節(jié)和直線關節(jié),空心杯 電機/無刷有齒槽電機用于靈巧手,電機合計成本占比約8.9%。3)減速器:用于旋轉關節(jié),諧波減速器為當前主流方案,部分精度要求較低的關節(jié)也可用行星減速器,目 前成本占比約4.1%。
◼ 感知系統(tǒng):交互之媒,多傳感器綜合賦能。傳感器是將機器人對內外部環(huán)境感知的物理量變換為電量輸出的裝置,可分為內部傳感器和外部傳感器,人形機器人核心的傳感 器包括力矩傳感器、視覺傳感器、觸覺傳感器,目前傳感器成本占比約24.7%。1)力矩傳感器:旋轉關節(jié)和直線關節(jié)應用扭矩傳感器,手腕、腳腕可使用六維力矩傳感器 增加柔順控制能力。六維力/力矩傳感器成本及制造難度遠高于單維力矩傳感器,早期應用場景以航天領域的空間機械臂為主。2)視覺傳感器:特斯拉Optimus采用純視覺 方案,小米、宇樹等大多使用多傳感器融合方案。3)觸覺傳感器:特斯拉Optimus-Gen2手部搭配觸覺傳感器,是相比上一代最大的邊際變化之一,有望引領行業(yè)新趨勢。
◼ 控制系統(tǒng):智能“小腦”,核心算法自研為主。運動控制是指對機械運動部件的位置、速度、方向等進行實時控制,使其按照預期的運動軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)進行運動。 一般控制器需要根據(jù)機器人的任務場景與需求具體設計開發(fā),需要滿足低功耗、高算力、高集成度等要求,目前各家人形機器人場景應用多樣,且算力需求存在差異,因此 控制器以自研為主。
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