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电机是人形机器人中动力的产生机构,可以类比做人的肌肉。机器人的驱动方式可以分为电动驱动、液压驱动、气压驱动;其中,电动驱动由于效率高、精确度 高、成本低等优势,得以广泛应用。
分类方式:
电机按照控制方式分类,可以分为步进电机、伺服电机;电机按照驱动方式分类,可以分为直流电机、交流电机。直流电机中,按照线圈类型分类,可以分为有铁芯的电机、
空心杯电机
;按照换向方式分类,可以分为有刷电机、 无刷电机。
其中,空心杯电机、无框力矩电机可与人形机器人灵巧手、关节高度适配,随着人形机 器人放量,行业均有更广阔的发展空间。目前海外电机公司技术水平、产品能力均较强,国产公司正不断深化自身能力,提升产品水平,为未来国产制造打下坚实基础。
1、无框力矩电机:
在旋转关节、线性关节中使用。无框力矩电机仅由转子和定子组成,没有轴、轴承、外壳、反馈或端盖。定子是外部部件,由铜绕组产生电磁力;转子是内部部件,由带永磁体的钢圆环组件构成。
2、空心杯电机:
在灵巧手中使用,单只灵巧手有6 个空心杯电机。空心杯电机采用无铁芯转子结构,转子形似杯子,因此得名。这种结构消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。空心杯电机分为有刷和无刷两种。有刷电机采用机械换向,无刷电机则通过驱动器实现电子换向。
空心杯电机属于伺服电机,不同于普通铁芯电机将电机绕组固定在铁芯之上,空心杯电机绕组不依靠铁芯支撑,而是利用特殊工艺将电机绕组做成可以独立支撑的杯状。由于采用无铁芯转子结构,空心杯电机消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。同时,其重量和
转动惯量
大幅降低,减少了转子自身的机械能损耗,大幅提高了电机的运转性能。
空心杯电机尺寸较小,直径一般不超过 40mm,同时还具有转速高、响应快、精度高等优势,非常适合灵巧手执行精细和复杂的动作,在人形机器人灵巧手中广泛应用。
鸣志电器
鸣志电器专注于运动控制领域和智能电源领域,核心业务包括控制电机、通用自动化驱动控制系统及 LED 智能照明控制驱动系统等。公司深耕运动控制领域,具备在多种电机驱动控制系统中植入现场总线技术和自产产品系统集成技术的能力。公司的主要产品包括步进电机、直流无刷电机、空心杯电机、电机+丝杠模组、电机+减速机模组等,被国内外客户广泛使用,主要应用于医疗器械和生化分析仪器、移动服务机器人(AMR+AGV)、通信设备、智能汽车电子等应用 领域。
公司的空心杯无齿槽电机能够应用于机器人等新兴高附加值领域
,2023 年上半 年该业务营收同比保持快速成长。公司专注于精密控制电机技术研究,拥有空心杯无齿槽电机产品,在工控自动化、移动机器人、高端医疗仪器等新兴高附加值应用领域布局。2023 年上半年公司空心杯无齿槽电机产品业务营收同比增长 67%,主要因为产能的稳步释放以及相关产品在移动机器人、医疗器械及生化分析仪器应用领域的业务增长。此外,公司具备编码器、空心杯电机、精密直线传动等器件整体配套生产能力,产品应用方案较为灵活。
伟创电气
伟创电气专注于电气传动和工业控制领域,主要产品包括变频器、伺服及控制系统等。公司的产品种类丰富,包括 0.4-5600kW 的变频器、50-200kW 的
伺服系统
、控制系统(包含运动控制器)及 PLC 等,产品广泛应用于数控机床、矿用设备、轨道交通、智能装备、电液伺服等行业。
2022 年公司成立机器人行业部,切入机器人产业链。公司主要以机器人大配套 为主,主要面向移动类、协作类、服务类的机器人领域,提供低压伺服、空心杯电机、特种无框力矩电机等核心部件。
公司自主研发设计空心杯电机,主要应用于机器人和医疗领域
。公司的空心杯电机具有高转速、高扭矩、低噪音振动的特点,有利于电机运行平稳、控制精确;结构紧凑使其拥有更高的效率和功率密度。公司首款产品面向医疗领域,可达 13 毫米 8 万转的功率密度,后续公司将推进研发更高功率密度的产品。
公司机器人系列产品包括空心杯电机和无框电机,均已实现小批量交付
。基于多年的电力电子和自动控制技术领域的经验积累,公司重点进行机器人领域的产品 开发,未来具有较大的发展空间。截至 2023 年 11 月 24 日,公司已发布 ECH13 系列直流无刷空心杯电机、FO1 系列无框电机、RB100 系列伺服一体轮、RB200 系列轴关节模组产品。其中 RB200 系列轴关节模组产品正处于验证测试阶段, 其他产品已实现小批量交付。
步科股份
步科股份专注于工业自动化设备控制核心部件与工业物联网/互联网软硬件领 域。公司的自动化设备控制核心部件主要包括工业人机界面、伺服系统、步进系统、可编程逻辑控制器、变频器等,广泛应用于物流设备、机器人、医疗设备、轨道交通设备等自动化设备行业。工业物联网/互联网软硬件产品主要包括现场智能终端、网关、数据采集器、SaaS 软件、数据中心等,主要应用于食品、服装等行业的数字化工厂建设与产销协同制造领域。
公司重点布局机器人行业,主要为客户提供机器人动力相关产品。公司以机器人行业为核心战略行业,重点布局移动机器人、协作机器人、服务机器人、工业机器人、
仿生机器人
等领域,同时向应用机器人的相关行业拓展。
基于在低压伺服领域的技术优势,公司主要为机器人提供专用伺服电机(包括无框力矩电机)、 专用伺服驱动以及一体化模组动力解决方案。
公司的无框力矩电机产品具有市场领先优势:(1)性能能够和国际品牌媲美, 得到了国内和海外客户的认可;(2)与国外产品相比,在同等性能条件下具备 很好的价格优势;(3)已实现工业平台化的生产和销售,2023 年前三季度出货约 1 万套,在机器人产业链上能够很好地适配客户需求;(4)与伺服电机产品共用产能,公司在常州建设的智能制造生产基地为低压伺服规划了全自动生产线,预计于 2024 年年底竣工投产,产能进一步扩张。
昊志机电
昊志机电成立于 2006 年,专注于中高端数控机床、机器人、新能源汽车核心功能部件等领域。公司在电主轴领域的全球市场占有率排名第一, 同时稳步向数控机床和工业机器人等高端装备的核心功能部件领域横向扩张。公司产品涵盖 PCB 钻孔机/成型机/
划片机
等各类电主轴、数控转台、直线电机、谐波减速器、伺服电机、驱动器、传感器等上百种产品。
昊志机电拥有多系列机器人核心功能部件产品,旨在为客户提供机器人整体解决方案。相关产品主要包括机器人关节模组、谐波减速器、无框力矩电机、刹车机构、编码器、大中空低压驱动器、六维度力矩传感器、机器人末端执行机构。
公司产品具有性能卓越、轻量化、长寿命的优势。(1)性能卓越:采用高性能 无框力矩电机、配置高精度双绝对值编码器,多圈双绝对值编码器+无框力矩电 机+高刚性的谐波减速器使虚拟力控成为现实;(2)轻量化:结构紧凑,最大 化减小机器人关节模组的重量;(3)模组采用高精度、长寿命、高刚性、低噪 音的谐波减速器,弥补模组寿命的短板,同时配置双智能传感器,有效监控模组 及电机的发热情况,确保关节模组寿命。
其中无框力矩电机:(1)转矩波动≤1%,更利于机器人力矩控制;(2)3.5 倍过载能力,运行平稳,电流波动小,力控更精准、更安全。