聚焦关节模组,攻破“集成”难题!这家企业抢跑人形机器人零部件市场

在不久之前,特斯拉机器人团队公布了其人形机器人设计研发的最新进展,视频中特斯拉将先进的造车理念融入机器人制造,从设想到建模,再到加工成为一个可以工作的机器人,尝试以智能高效的研发速度,重塑机械艺术。

这其实打破了一个既有的人形机器人认知。即人形机器人与传统机器人很大的不同点在于,其很难通过简单的零部件集成实现,如果只是单纯采购目前市面上较大的零部件,不仅所有系统所需的集成工作量呈指数型增长,还受限于部件的体积、自重,难以完成简洁紧凑的封装设计。这就对于我国的人形机器人零部件领域提出了更高的要求。

小领域拥有大未来

2023年以来,人形机器人的热度得到了显著提升。3月1日,工业和信息化部部长金壮龙在国新办新闻发布会上明确表示,工信部将研究制定未来产业发展行动计划,加快布局人形机器人等前沿领域,这引发业内新一轮对于人形机器人的热议。有分析认为,人形机器人作为机器人领域的通用型机器人,与电动汽车一样均属于变革性产业,其产品创新应用正处于起步阶段,在未来的持续产品形态创新和商业化上仍有非常大的空间。

运动关节模组就是人形机器人的核心部件之一,从特斯拉、小米等企业公布的原型机概念图可以发现,人形机器人大多都需要较多的运动关节模组才能实现较为灵敏的运动学要求,因为满足可行走、拿取,甚至拧螺丝、揭幕布等精细操作,往往要求更高的控制精度和响应速度传动系统,这对于运动关节模组的自重、体积、功率密度提出了更进一步的要求。

人形机器人概念逐渐升温后,投资机构纷纷加码了潜在产业链上的多个受益标的,双环传动、绿的谐波、拓普集团等机器人零部件厂商的估值进一步抬升。但实际问题是,这些零部件生产企业所制造的核心零部件,很难说真正适用于人形机器人。

一直以来,人形机器人的研究在很多高校实验室和企业都在进行,据了解,在研发早期,大多时候他们都是使用伺服电机+谐波或者摆线减速器来搭建自己的机器人。这导致做出来的机器人除了成本昂贵以外,还肉见可见得迟钝且笨重,这背后就意味着关节性能跟不上、控制复杂等问题。

专为人形机器人开发

人形机器人需要什么样的关节模组?因克斯智能科技自公司成立之初并明确定位在足式机器人领域后,就一直在思考和探索这个问题。

由于应用需求场景不同,将人形机器人关节与工业机器人、协作机器人关节方案已经形成较大差异。因为工业机器人对精度、寿命要求高,无疑更适合采用传统伺服电机,而人形机器人对控本、减少误差及提升效率、力矩和运转稳定的诉求更强,电机需要小巧,紧凑,轻巧,具有较强的过载能力、高响应能力和可靠性,同时要求质量轻、体积小、扭矩大。

虽然人形机器人电机对精度要求没有航空等领域高,但需要电机厂商具有较强的设计、调整工艺和大规模制造降本能力,在原先力矩电机全球第一梯队厂商主要被MAXON、科尔摩根、Aerctech、Parher等企业占据,海外龙头布局较早,技术经验积累深厚,产品系列完善。

据了解,目前该公司自成立开始便购买了数控车床、数控加工中心、插齿机、滚齿机、中走丝线切割、内圆磨、偏心轴随动磨等多个生产关键设备,从而具备了关节模组零部件全自产能力,并拥有了1000平米的厂房,实现了目前外企所不具备的快速研发打样能力,让团队具备了极快的研发速度和小批量能力,供货能力定制化速度远超同行。

赋予机器人无限可能

例如因克斯智能一款专用于双足下肢的关节电机EC-A13715-P1-12.67目前市场反响较好,该款电机峰值扭矩达320Nm,输出转速高达130rpm(48V),整体重量仅2.5kg。另外例如一款编号EC-A10020-P2-24的串级行星系列产品也受到了极大欢迎,该产品峰值扭矩更是达360Nm,输出转速高达110rpm(48V)、但重量仅为2.2kg。

就这两款产品来看,电机自重较轻的意义不言而喻,能够更好满足人形机器人轻量化、紧凑结构的要求,提高整机质心,减轻四肢的运动惯量,从而提升整机的稳定性、提升整机的运控表现,峰值扭矩和输出转速两个指标往往更是企业选择关节电机的重要因素。

其实,人形机器人零部件的研发并非一蹴而就,许多问题涉及到复杂的多学科交叉。例如为了提高机器人的机动性、控制的效果,人形机器人有的一些关节转速需要达到120rpm以上,又有时候需要衰减到20rpm,这就需要机器人关节模组的研发,除了需要功率密度,其实还需要进一步考虑到常用扭矩下的效率、发热,需要的最高转速等等因素。

目前,人形机器人的设计研究,还很大程度上依然取决于设计目标中定义的具体任务和功能,但降低功耗的同时又具有类人的平衡/运动能力、高度的灵活性且智能化程度极高,或许已经成为一个明确的软硬件开发方向。这其实就与因克斯智能科技的产品研发方向不谋而合。

随着人形机器人的未来市场空间不断扩大,未来2—5年人形机器人数亿美元的市场潜力释放并暴涨到几百亿美元,那么以每个关节模组数千元人民币的价格计算,整个关节模组市场潜力无疑远超预估,因克斯智能科技也将快速获得突破十亿元的市场空间。

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