人形机器人的“心脏”——一个超4000亿元的市场

近期,机器人产业迎重磅政策性利好出台,工业和信息化部文件提到,人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术,有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品,将深刻变革人类生产生活方式,重塑全球产业发展格局。
随着人口老龄化程度加深,劳动力人口的下降,机器替代人力将成为未来长期发展趋势。政策利好叠加需求空间巨大,机器人行情再度被引爆。
目前机器人产业中,电机是其重要部件,根据德邦证券在周四报告中指出的,电机是机器人运动的“心脏”,对运动精度起决定作用。
随着产业化进程加速,电机有望迎来广阔空间。德邦证券估算指出,假设未来10年全球人形机器人出货量达到500万台,则电机市场空间有望达4280亿元。
人形机器人快速进化
根据德邦证券的介绍,机器人概念产生超百年,目前正快速进化,已进入早期产业化落地阶段。从历史来看,人形机器人的发展历程主要分为四个阶段:
第一阶段,是以早稻田大学仿人机器人为代表的早期发展阶段;
第二阶段,是以本田仿人机器人为代表的系统高度集成的能力破冰阶段;
第三阶段,是以波士顿动力仿人机器人为 代表的高动态运动发展阶段;
第四阶段是以特斯拉Optimus机器人为代表的产业化落地阶段,该阶段尚处于发展前期。
从人性机器人结构来看,德邦证券指出,人形机器人主要部件包括电机、减速器、传感器等,力矩电机研制难度较大。
人形机器人发展至今,其本体从部件角度可总体划分为 三块:执行器(伺服系统、减速器、驱动单元等)、控制器(工控 系统、人工智能相关系统等)、传感器(本体感受传感器、机器视 觉等)。就当下最先进的人形机器人而言,其主要部件包括电机、减速器、传感器、上/下肢运动方式、手部关节、直线和旋转关节使用的轴承。
其中,电机是其重要部件,德邦证券介绍称,机器人关节驱动器是双足人形机器人关键部件,按动力来源可以分为液压、气动、电机驱动、记忆金属、生物类(心肌细胞)等:
电机驱动和液压驱动是较为常见的两种形式,电机方案的优势在于,在运动控制方面, 其设计比液压控制有更成熟的解决方案,处理器编码器也相对更容易正确获取运动状态的实时反馈,控制精度也有很大保障,而且相较液压成本便宜了很多。
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电机是机器人运动的“心脏”
德邦证券介绍,电机是是机器人运动的“心脏”。
电机被视为机器人的 执行单元,根据需要被安装在各关节上控制关节运动,机器人诸如行走、跑、弹跳等动作均由机器人关节电机驱动产生,是机器人运动的“心脏”。
其中,机器人常用电机主要分为直流电机、伺服电机、步进电机三大类,未来应用空间较大的有两大类,伺服电机中的无框力矩电机和空心杯电机:
1、伺服电机中的无框力矩电机体积小、便于集成,适用于机器人关节环境:无框力矩电机没有确定的固定单元,可以自由地适配不同客户的外壳、轴承以及反馈装置等部件的集成安装,具有整体质量更轻、体积更小、运动响应更快及能效高等特点。
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2、伺服电机中的空心杯电机是灵巧手关键部件,具有良好的节能效果、动力性能及控制性能。空心杯电机为微特电机,具有突出的节能特性、灵敏方便的控制特 性和稳定的运行特性,技术优势明显。作为高效率的能量转换装置,在很多领域代表了电动机的发展方向。
以特斯拉人形机器人Optimus为例,Optimus主体部分共有28个执行器,线性及旋转各14个,所用电机为无框力矩电机。28个执行器分布于肩、肘、腕、躯干、髋、膝、踝等部位。28个执行器分布于肩、肘、腕、躯干、髋、膝、踝等部位。
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未来10年,市场空间或超4000亿元
从当前背景来看,AI助力+政策支持,人形机器人有望迎来历史性发展机遇。德邦证券总结指出,北京、上海、深圳、山东等地今年以来也都发布了关于人形机器人的支持政策。
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另一方面,人形机器人作为通用机器人的代表和具身智能的优秀载体,一方面正在受益于通用人工智能的发展,另一方面,也以“具身智 能”成为AI与物理世界的接口,和下一代通用人工智能的终端平台。
纵观机器人行业整体产业链,德邦证券指出:
包括上游零部件、中游本体及下游应用,相比常规机器人技术要求更高。核心零部件是人形机器人的重要支撑,电机在核心零部件中占比较高。
核心零部件供给是未来机器人产业规模化发展的重要支撑,人形机器人三大核心零部件包括减速器、伺服系 统和控制器,成本合计占比超70%。
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