人形機器人產業化,國產伺服系統有望迎來 加速增長
文:編輯部2024年第1期
2024 年以來,人形機器人早已炙手可熱。最近一個月時間,特斯拉三次發布人形機器人擎天柱 (Optimus) 性能更新迭代視頻;沉 寂許久的波斯頓動力放出一段人形機器人 Atlas 拾起并搬運汽車零部件的視頻;Figure 發布 OpenAI 大模型加持的機器人 Figure 01 演 示視頻,能聽人話且可同時執行兩種任務。
人形機器人主要伺服方案
人形機器人火熱的核心邏輯,其實是離不開 AI 軟件和硬件 的發展,而大模型的進步更是讓這個市場的想象空間變大,成 為推動行業長遠發展的重要因素。機器人技術是感知、決策、 行動和交互技術的結合,可以分為控制部分、傳感部分和機械 部分,又可細分為六個子系統,分別是人機交互系統、控制系統、 驅動系統、機械結構系統、感知系統、機器人 - 環境交互系統。
驅動系統又稱伺服系統,是一種以機械位置或角度作為控 制對象的自動控制系統 ; 例如,通過結合計算機視覺和語音識 別技術,伺服系統可以更準確地識別人類的動作和語言,從而 更好地模擬人類的行為和交流。伺服系統還可以與其他智能系統進行鏈接,形成更智能化的人形機器人。例如,將伺服系統 與自主導航系統相結合,可以使機器人更好地自主導航和避障 ; 將伺服系統與情感識別系統相結合,可以使機器人更好地理解 和回應人類的情感。
人形機器人的性能和精確度需要不斷提高,以實現更真實、 更靈活的動作和行為。與常見工業機器人 2-6 的自由度相比, 人形機器人通常有 30-40 自由度,單臺伺服電機需求量大幅增 加,人形機器人產業化有望推升伺服系統需求。當前各人機產 品在關節驅動器零部件選用細節上略有差異,主要與驅動器方 案的選擇有關,理論上每個關節對應一個伺服系統,各家人形 的伺服方案出于應用場景與制造成本之間權衡的結果,又各自 有較大的不同。特斯拉 Optimus 人形機器人擁有 40 個自由度, 優必選人形機器人 walke X 含有 41 個高性能伺服驅動關節,達闥機器人 Cloud Ginger 2.0 采用 41 個柔性智能關節,傅利 葉通用人形機器人 GR-1 全身更是多達 51 個自由度。
國產伺服有望迎來加速發展
伺服系統是使系統終端執行結構根據控制指令實現包括位 移、轉速和力矩等多維度動作的設備總稱,主要包括伺服驅動器、 伺服電機兩部分。伺服驅動器接受上位機發送的信號,轉換為 功率信號 ( 即能夠控制電機的電流 ) 驅動電機工作,編碼器作 為核心傳感器將電機實時位置傳送回驅動器,驅動器及時修正 信號指令,確保電機位置、轉向、轉速滿足預定要求。
據睿工業數據顯示,2023-2026 年,人形機器人軟硬件、 集成等技術仍不成熟,該階段仍以小批量測試為主,眾多廠商 進入,但實際出貨量不超過千臺; 2027-2030,人形機器人技 術初步成熟化,將率先在工業裝配、特種行業 ( 消防等 )、醫療、養老等行業得到應用,出貨量將快速提升,樂觀估計,到 2030 年全球人形機器人出貨量將接近 20 萬臺,市場規模超千億元。
從入局人形機器人賽道玩家來看,以波士頓動力、 Engineered Arts、 優 必 選 為 代 表 的 傳 統 玩 家,Figure AI、 Sanctuary AI、Apptronik、智元機器人、宇樹科技為代表的初 創公司,特斯拉、寶馬、奔馳、小鵬等汽車公司,以及小米、 科大訊飛、百度等互聯網大廠內外資、新舊力量、跨界巨頭等 多方勢力競爭將重塑人形機器人市場格局。
2023 年人形機器人入局玩家較少,但預測 2024 年廠商將 破百家;到 2030 年,全行業玩廠商破千家,預計未來將看到 更多來自國內的廠商。在人形機器人商業化加速的背景下,憑 借技術上的突破、性價比等優勢, 國產伺服系統等驅動廠商有 望深度參與人形機器人市場。
清能德創伺服驅動方案
作為中國機器人伺服驅動領先者,清能德創積極參與人形 機器人創新中心(首家聚焦于人形機器人核心技術和產品研發 以及應用生態建設的創新中心)的組建,并已推出應用于四足 機器人和雙足機器人的高功率密度高性能伺服產品。
清能德創表示,后期將進一步針對人形機器人所需的高爆 發、高性能和高功率密度伺服驅動進行系列技術研發和功能優 化,推出一系列滿足人形機器人不同關節要求的高性能伺服驅 動解決方案,并積極參與建立國內外相關標準,為人形機器人 共性技術突破提供有力基礎支撐。
據了解,清能德創驅動器所采用 GaN 驅動技術,初步規 劃了三個型號,可基本滿足人形機器人腰、髖、膝、肩等關節 的性能要求。
此外,清能德創 RJM 機器人關節具有精準(雙絕對值編碼器、 高精度全閉環控制)、靈活(靈活開放、支持組裝多種形式) 、 易用(快速安裝、方便接線、輕松調試)、有力(中空無框力 矩電機、動力更強勁)等四方面優勢。
雷賽智能研發三大人形機器人新品
近年人形機器人快速發展中,遇到共性技術應用問題包括 以下三方面,一是如何平穩行走以及快速行走是非常重要的指 標,如何做到快速行走又平穩,無框電機在此環節起到核心作用, 普通電機難以實現高平穩高能效運行。
二是手眼協調操作,機器人如何做到輕松拿起雞蛋并且雙 手傳遞雞蛋,靈巧手里面的空心杯電機作為重要的環節,其一 致性和高響應性將決定精確執行伸縮動作;三是人形機器人的 執行機構多達 40 余個,其中每個行走動作都需要 10 余個執行 器協同完成,如何實現多機聯動是對控制器和驅動器重大挑戰;
雷賽智能 FM1 系列無框電機主打短小輕薄,動力強勁,在 產品設計上具有高密度、穩運行、低溫升、高可靠性、七種尺寸、 高適配性、易集成、定制可選等 8 方面的優勢與特色。據了解, 今年 3 月雷賽智能 FM 無框電機已實現成功量產,采用全自動 產線,產線具備高產能、高精度、高質量, 高智能化的四高特色, 實現無人生產,每分鐘可產電機 1 臺,年產能達 30 萬臺。
此外,雷賽智能推出標準型 EC 系列、高轉速 ECH 系列、 大轉矩 ECT 系列空心杯電機,具備高效率、高響應、高轉矩、 高可靠、低溫升、低振動、低噪聲、小體積等特點。
在人形伺服驅動器方面,具備名片大小(50-750W 的規格, 76*50*33.5)、接口豐富(支持抱閘、雙模擬量、雙編碼器) 、 方便易用(內徑通孔設計、做好功能封裝) 、更柔順(支持 2 路力矩傳感器、用于力控) 、更精準(支持 2 路絕對值編碼器, 實現全閉環控制,消除機械誤差) 、更安全(支持 2 路 STO 輸 入)、強匹配(圓形驅動器、與無框電機強匹配) 、可定制等 核心產品特性。
結語
國內企業目前伺服系統應用主要集中在工業自動化領域, 未來隨著人形出貨量增長,更多的系統將用于人形機器人領域, 為產業鏈帶來更多的市場增量。
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