“阳光透过高大的落地窗,洒在了宽敞的自动化工厂内。在这里,机器人们正忙碌着,它们不知疲倦,不分昼夜地在生产线上工作着,每一个动作都精确到了毫秒。
其中一个名为里昂的机器人正仔细检查着每一个经过的部件。他的机械手臂灵活地在部件上移动,用内置的传感器检测着每一个微小的瑕疵。里昂的眼睛——实际上是一对高精度的摄像头——闪烁着蓝色的光芒,显示着他正在全速运转。
里昂并不孤独,这些不同型号、不同工种的机器人正是工厂的主力军……”
这种常见于科幻机器人小说的描写正在照进现实,11月28日晚,特斯拉Optimus官推更新视频,机器人展示空手接网球能力,其灵活度已不亚于成年人。
特斯拉Optimus工程师Milan Kovac在社交媒体上表示,这款机械手的进步具有里程碑意义,自由度比上一代增加了一倍,手部有22个自由度,手腕和前臂有3个自由度。视频演示是在实验室中通过实时远程操作进行的,特斯拉计划很快制造出配备这款先进机械手的机器人。
“自由度是当前特斯拉灵巧手发生最大变动的地方,正在往人手方向靠近。这意味着与之配套的单自由度零部件,即
驱动装置、传动装置、传感装置等数量都将随之提升
。”国金汽车首席分析师陈传红认为,灵巧手结构向高承载发展,丝杠数量或将倍增。
一、驱动装置上,预计空心杯电机和无刷有齿槽电机将成主流,假设单手用量约 13~17 个,当前双手价值量 3.4~15.3 万元。
驱动方式包含电机驱动、液压驱动、气压驱动和形状记忆合金驱动。由于电机驱动具备体积小、响应快等优势,凭借较强的性价比成为主流方案。以特斯拉为例,其手部采用了空心杯电机,据Maxon官网,其单价达4675元,而兆威机电旗舰店的空心杯电机约2000元/个,无刷有齿槽电机售价仅160元/个,基于成本考虑,后续无刷有齿槽电机有望凭借较高的经济性部分替代空心杯电机的布局。中高端领域中,空心杯电机市场基本被外资厂商垄断,外资企业市场份额达到 85%以上。但国内布局工业用空心杯电机的企业较多,有望快速切入机器人领域,实现国产化降本。
二、传动装置上,当前处于腱绳向丝杠切换的关键时间点,假设单手用量13~17套,当前双手价值量为 5.5~10.6 万元。
传动方式主要包含腱绳、丝杠、齿轮、连杆等。早期灵巧手采用齿轮、连杆等传动机构,然而因为尺寸和质量大、运动不灵活等问题逐渐被淘汰。模仿动物肌腱传动方式的腱绳传动目前广泛被灵巧手采用。但此方案的问题在于承载力较低,因此有可能被承载力更高的丝杠方案替代。在2024年北京机器人展览上,KGG展出4mm直径的行星滚柱丝杠,以及直径1.5mm的行星滚珠丝杠;此外KGG还展出了集成了行星滚柱丝杠方案的灵巧手。当前已布局手部微型丝杠的公司较少,目前包含新剑传动、五洲新春和KGG等。
三、传感器装置上,触觉传感器是价值量最大环节,单手用量约5套,双手价值量约1351元。
根据特斯拉GEN2发布会,特斯拉机器人上确定搭载了触觉传感器,其他灵巧手传感器包含关节力矩传感器、关节绝对位置传感器、电机霍尔传感器和温度传感器。全球触觉传感器前三大厂商为Tekscan、Pressure Profile Systems、Sensor Products Inc,市占率共65%,国产传感器预计后续凭较好的成本优势提升国产替代率。
总体看,灵巧手正往更高自由度、高感知能力和低成本提升方向发展。据测算当前单只高性能灵巧手成本约4.5~13万元,量产后单手价格有望做到1万元以下,高性能灵巧手DLR售价达80万元/只,具备较大降本和降价空间。空心杯电机和滚柱丝杠合计成本占比 90%以上,是降本的核心。当前美国灵巧手技术高于国内,多家外资已经将自由度做到20个以上,国产灵巧手自由度最多的是青龙(19 个)。国产投入积极且具有价格优势,国产灵巧手有望占据更多市场份额。相关公司详见报告
《人形机器人专题三:灵巧手结构向高承载发展,丝杠数量或将倍增》
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