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　　機器人市場在經歷了前一段時期的建設熱潮以后，面對現階段大多數下游應用市場正處于緩慢復蘇或去庫存的狀態，令到整體行業走勢仍存在諸多不確定因素，市場供應鏈競爭態勢呈現“白熱化”。與此同時，新增市場聚焦于人形機器人的開發與量產，也吸引了越來越多產業人士的關注，這是因為代表當今科技水平最前沿的人工智能技術肩負著帶動世界經濟新一輪躍升的重任，而其中的一個必要條件是需要借助一個硬件產品來落地，從目前來看，除了智能化電動汽車之外，人形機器人可能是最被人們看好的一條長坡厚雪型“賽道”。

　　組編/編輯部

　　人形機器人量產時間表初現

　　2024年，機器人市場異常熱鬧，這一波高潮的引爆點是全球人形機器人量產的時間表已逐漸明朗。當地時間6月13日，特斯拉CEO馬斯克在美國得州奧斯汀舉行的年度股東大會上表示，特斯拉將于2025年開始“限量生產”Optimus人形機器人，并于明年在自有工廠測試類人機器人。他預測，明年特斯拉將擁有“超過1000個，甚至數千個在運行的Optimus機器人”。

　　與此同時，在6月上海舉辦的中國人形機器人開發者大會上，傅利葉智能展示了最新研發的Fourier GR-1通用人形機器人，身高1.65米，體重55公斤，全身自由度最多達54個，擁有高度仿生的軀干構型和擬人的運動控制，具備快速行走、敏捷避障、穩健上下坡、抗沖擊干擾等運動功能。現場工作人員告訴記者，GR-1從去年9月公開發布后，至今已經交付了65臺，量產了上百臺，到今年年底，預計還將交付更多。此外，宇樹科技、開普勒、優必選、小米、智元機器人等都是目前較為活躍的本土人形機器人開發廠商，這類新型機器人的應用場景主要集中在倉儲物流、汽車領域和特種安保行業等。

　　除此之外，在工業機器人部分，根據睿工業對一季度的行業數據監測顯示，2024年一季度工業機器人銷量仍同比微增4.8%左右。市場增長主要來源于兩方面：首先是受到電子、汽車、金屬制品等下游行業的拉動;其次是機器人整體價格持續下行，在制造業的滲透率進一步提升(圖1)。

　　此外，從一季度各類工業機器人的發展趨勢來看，Cobots協作機器人保持著較高的增速，在鋰電、光伏行業以及焊接、食品飲料的搬運場景有突破;≤20kg 6-axis機器人在電子、金屬制品等一般工業的焊接應用場景取得較好表現;>20kg 6-axis機器人的增長主要來源于汽車及儲能的海外投資項目，以及玻璃、建材、木工、家電等一般工業市場。而SCARA、Delta等常規種類則呈現微小的下滑態勢(圖2)。

　　不可否認的是，面對現階段大多數下游應用市場正處于緩慢復蘇或去庫存的狀態，令到整體工業機器人行業的走勢仍存在諸多不確定因素，市場競爭“白熱化”，終端降本增效的訴求，推動國產工業機器人應用需求邏輯更加明確，倒逼各家通過資源整合優化、加快關鍵零部件自研自產、尋求和上下游合作伙伴建立利益共同體等措施來不斷提升成本控制能力。

　　伺服驅動：功率密度是重中之重

　　伺服驅動器屬于工業機器人產業鏈的上游核心零部件之一，用于控制電機旋轉/直線運動，其性能直接關系到機器人關節、執行器的動態響應速度、運動精度、穩定性和效率。在工業機器人的旋轉關節、直線執行機構等設計方案中，依據旋轉電機、直驅電機的不同，各個廠家會在驅動器零部件的選用細節上有所差異。目前，國內伺服驅動器市場以日系的松下、安川;本土的匯川、禾川、雷賽智能、清能德創、埃斯頓;歐美系西門子、科爾摩根等為代表。而在微型大功率伺服驅動技術方面，以色列ELMO、美國Celera Motion等則是這一特定領域內的領先者，本土的ISMC上海相石科技等也值得關注。

　　清能德創電氣技術(北京)有限公司是一家致力于工業機器人領域伺服驅動技術產品研發的專業廠商。針對工業機器人的伺服需求，清能德創發布的國內首款工業機器人專用多軸一體伺服驅動產品系列CoolDrive R順利通過了多家國產機器人頭部企業的嚴格評測并達成批量供貨，成功實現了國產機器人伺服驅動核心零部件的進口替代。據了解，目前清能德創也正積極參與到以電驅型人形機器人的開發大潮中，并推出了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。

　　從運動控制的角度來看，無論是旋轉型關節執行器，還是直線型執行器，對于伺服驅動產品都提出了高功率密度、高爆發、高響應、高效率、高精度、高安全、高智能等方面的要求。尤其是功率/扭矩密度的提升成為了關鍵，為達到峰值扭矩、關節重量、自由度、整機重量之間的最佳平衡，還需要在未來很長一段時間內持續開發性能更為強大的關節執行器。例如，在伺服驅動器部分，提高功率密度是重中之重，可以通過利用新型寬禁帶功率器件的特點和優勢(更快的開關頻率、更強的耐溫能力、更高的能源效率、更少的無源器件等)，以及開發高響應控制算法和智能柔性伺服控制等方式來實現，快速響應外部環境和內部控制命令的變化，提高電流環控制能力，達到更高的采樣速率和采樣精度，并且提升速度環帶寬和響應特性。另一方面，提高伺服電機的扭矩密度也是重點之一，如優化定轉子拓撲結構，提高電機磁阻轉矩;或是采用新型材料，提高電機的整體熱導率;或是降低轉矩波動，減少齒槽效應等等。

　　另據悉，今年5月，清能德創全資子公司蕪湖清能德創電子技術有限公司伺服系統研發生產基地在安徽蕪湖市鳩江經濟開發區正式投產，該基地占地28畝，計劃將建設成清能德創的研發和系統測試中心、伺服驅動產品生產中心、伺服電機產品生產中心，實現自有廠房制造產能翻番，這也是清能德創增資擴產、提升企業綜合實力的重要戰略布局。

　　微特電機：產品開發百花齊放

　　在工業機器人的身體關節部分，一般采用的是減速器/絲桿+伺服電機的傳動方式，無框力矩電機以其無邊框設計，具有體積小、質量輕、慣量低、結構緊湊、功率高、適配性強等特點，與機器人關節高度適配，因而有著廣泛的應用前景。據有關機構的統計，2022年全球無框力矩電機市場規模約為6.7億美元，預計到2029年市場規模將增長至11.7億美元作用，期間的年復合增速約為8%(圖3);目前國內無框力矩電機主要被應用于機器人領域(工業機器人及服務機器人的關節和手臂)，占據80%左右的市場份額。從競爭格局來看，海外企業仍處于領先地位，龍頭制造商包括科爾摩根、威騰斯坦、尼得科、派克漢尼汾等;國內企業中，步科股份、昊志機電、禾川科技等也有較強的產品力。

　　正向研發能力、匹配下游設計是這類微特電機的核心壁壘。無框力矩電機的難點集中體現在磁路和工藝設計上，海外廠商具有悠久的發展歷史和較強的正向研發能力，能夠通過產品和經驗積累、模擬仿真軟件快速實現產品設計，以滿足客戶的需求。無框力矩電機的定制化程度較高，從未來的發展趨勢來看，無框力矩電機的一體化程度會更高。

　　根據對Testla AI Day的報導，在特斯拉自主研發的六種執行器中，線性執行器和微特電機是人形機器人的新需求。特別是在人形機器人靈巧手、醫療精密儀器的開發方面，無刷空心杯電機越來越受到青睞。無刷空心杯電機為轉子無鐵芯結構，表現為無渦流損耗和磁滯損耗，具備低摩擦性能和良好的散熱性，實現了電機的高效率;采用無刷結構可以進一步提升壽命、減少噪音，也是人形機器人電池供電型設備的理想選擇。

　　根據QYResearch最新調研報告顯示，2023年全球空心杯電機市場約為8.1億美元，未來幾年全球空心杯電機市場將繼續保持快速增長的態勢，預計到2028年，市場規模有望達到11.9億美元左右(圖4);其中，中國市場的增長潛力尤為巨大，預計到2028年，中國市場規模有望達到4.7億美元左右，占比有望提升至約40%。

　　國外空心杯電機龍頭公司包括Maxon Motor、Faulhaber、Portescap，其產品橫向、縱向布局均較為完善，并且具有較強的小尺寸電機和無刷電機設計能力。國內空心杯電機供應商有鳴志電器、拓邦股份、雷賽智能、偉創電氣等，這些廠商的研發及生產普遍采用以點帶面的方式，隨著國內公司的技術能力不斷深化，空心杯電機未來存在廣闊的國產替代空間。繞組設計與設備、產品矩陣及背書是空心杯電機的發展的核心壁壘，例如，Maxon Motor開發的馬鞍形線圈、Faulbaber開發的斜繞式線圈等等，都具有專利優勢且產品品質較高。

　　機電一體化、模塊化趨勢

　　減速器是連接電機和負載的中間裝置，用于降低電機的輸出轉速、提高輸出扭矩，它決定著機器人運行的平滑度與穩定度。機器人領域所使用的減速器屬于精密減速器，是機器人轉動關節的核心零部件之一，主要包括諧波減速器、RV減速器、精密行星減速器三大類。

　　以人形機器人為例，目前主流方案是：在小臂、腕部、手部等小負荷部位的關節處使用諧波減速器;RV減速器則多用于機器人上臂、下臂等大慣量關節部位。未來，隨著產業化的加速，預計人形機器人逐步放量，精密減速器作為價值量占比較高的核心零部件，市場規模有望大幅增長。

　　日本的納博特斯克、哈默納科、住友傳動、新寶等是全球精密減速器行業的領導品牌;在國內，綠的諧波、中大力德、豐立智能、雙環傳動等都是本土精密減速器行業的佼佼者。

　　為了滿足機器人關節執行器對小型化、集成化的需求，機電一體化、模塊化是一個重要的發展趨勢，清能德創、同川科技等一批廠商陸續推出了集減速器、電機、編碼器、制動器等為一體的機器人關節模組方案。

　　例如，在諧波減速器的研發生產中，同川科技迅速捕捉到客戶及市場需求，將減速器、電機、編碼器、制動器進行巧妙的結合，打造出高精度、高剛性、高扭矩、小體積的諧波機電一體化執行器，有效應用于空間小、負載大、精度要求高的工作場景，可有效替代部分DD馬達、中空旋轉平臺、精密凸輪分割器、伺服+大速比行星減速機。同時，同川科技還提前布局和掌握機器人傳動相關技術，針對協作機器人、人形機器人、服務機器人領域，推出了一系列機器人傳動關節模塊，進一步減少機器人關節模塊的體積和重量，實現高度集成化，在機器人關節的輕量化、模塊化開發上做出了有益的探索。

　　據悉，去年年中，同川科技引入第一輪外部投資，資金計劃主要用于公司諧波減速機產能擴張、新產品研發和市場開拓，實現機器人諧波減速器、機器人關節模塊產業化的戰略布局。

　　另外，中大力德也在現有減速器與小型交流、微型交/直流電機搭配的減速電機基礎上，深入理解“密封”與“潤滑”的核心工藝，結合國內市場客戶的個性化需求，不斷升級減速電機集成與檢測技術、精密傳動與控制技術，成功研發出“減速器+電機+驅動”一體化智能執行單元核心零部件的產品架構，走出了一條“半個機器人”的差異化發展道路。

　　結語

　　可以說，當前工業機器人市場的競爭更多的集中在針對具體應用場景的深度耕耘，而焊接和物料搬運(碼垛)是工業機器人的兩個最大的下游應用市場，根據Interact Analysis發布的工業機器人研究報告顯示，在2023年，超過一半的全球工業機器人銷售額來自這兩個主要應用，其中大部分來自重載多關節機器人。另一個值得一提的現象是，協作機器人正借助其安全、可靠等性能優勢，在小型工件焊接、重型碼垛等生產場景中逐漸顯露出潛力，應用普及率開始上升。在“機器替代人”這一大趨勢下，企業將更加強調投入與產出之間的平衡，強化連續性生產的能力，柔性化、智能化將帶動整體上下游產業鏈布局加速向前邁進。

　　圖1 2016-2024年工業機器人分季度市場規模(單位：出貨量/臺，同比增速/%，資料來源：睿工業)

　　圖2 2024年一季度各類工業機器人機型趨勢一覽圖(資料來源：睿工業)

　　圖3 2022-2029年全球無框力矩電機市場規模統計及預測(資料來源：Valuates Reports，浙商證券研究所)

　　圖4 2022-2030年全球空心杯電機市場規模趨勢預測(單位：美元，資料來源：QY Research、中商產業研究院整理)