人形机器人是未来机器人的重要形态,代表机器人从人机隔离-到人机协作-再到人机互动的演进方向,也代表机器人从位移固定过渡到轮动位移,再发展到双足位移。
人形机器人相对于传统的工业机器人,在交互能力、导航能力等方面要求显著提升。由于特斯拉对其机器人应用场景拓展至服务、家用等领域,那么机器人就不仅限于单纯的加工功能,这对机器人的自由度、导航能力、人机交互能力、环境感知能力等提出了明显更高的要求。
首先是机器人自由度,传统工业机器人自由度为3-6,减速机用量方面:一台工业机器人的腿部、腰部和肘部需要4至6台减速器,根据高工机器人的统计,RV减速器和谐波减速器的使用量约为65%:35%,由于人形机器人的类“人”性,其关节数量较普通工业机器人数量明显增多,所以谐波减速机使用数量理应增多(如多出腕关节、踝关节等)。假设RV减速机用量为4-6台,谐波减速机用量为6-8台。价格方面:据绿的谐波招股说明书中资料显示,调研数据表明,目前全球主流使用的机器人减速机中,谐波减速机价格在1000-5000之间,而RV减速机价格要高于谐波减速机,价格在5000-8000之间。假设谐波减速器均价为3000元,RV减速器均价为6500元。根据以上假设,我们计算特斯拉人形机器人精密减速机价值量高达4.4万元-6.3万元。同时,由于人形关节增多,与之配套的液冷电机、空心杯电机等预计也会有一定增量。
高性能伺服驱动器技术亦非常关键。作为人形机器人的核心硬件,伺服系统是决定人形机能否动起来的关键。一般来讲,人形机器人身上的伺服系统配置较多的是无刷直流伺服。伺服系统市场主要被日本和欧美国家的企业所占据。日系品牌占据了超过50%的市场份额,安川电机、松下电机、三菱电机、三洋电机等品牌垄断了我国中小型OEM市场,而在大型伺服市场上,西门子、伦茨、路斯特、倍福、博世力士乐、施耐德等欧系品牌也掌握着传统优势。市场扩大,国产化率提升的双重利好。根据禾川科技招股书,2020年国产伺服品牌的市场规模达49.64亿元,同比增长34.40%。2020年国产化率已达24.50%,2021年上升至27.22%。
导航能力的核心是移动规划与控制技术。根据我国AGV发展历史,导航传统早期的用磁带或电磁导航,这两种方案原理简单、技术成熟,成本低,但是改变或扩展路径及后期的维护比较麻烦,并且机器人只能按固定路线行走,无法实现智能避让,或通过控制系统实时更改任务。目前AGV主流的导航方式是二维码+惯导,这种方式使用相对灵活,铺设或改变路径也比较容易,但路径需要定期维护,如果场地复杂则要频繁的更换二维码,另外对陀螺仪的精度及使用寿命要求严格。随着SLAM算法(即为同时定位与建图)的发展,SLAM成为了包括AGV在内的机器人厂家优先选择的先进导航方式,SLAM方式无需其他定位设施,形式路径灵活多变,能够适应多种现场环境。而IMU芯片(惯性导航)即为SLAM成熟的关键。
交互及传感技术,包括语音、视觉、力觉等亦非常关键。这就涉及到大量控制芯片(据产业反馈为DOJO芯片)、视觉传感器、力矩传感器、柔性压力传感器等。
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