大小腦在技術路線上,可能分層大小腦是當下,“端到端”是未來,刻意佈局“小腦”MCU似乎沒必要,可考慮著眼長期佈局“大腦”SOC。“小腦”演算法往往是機器人本體公司的核心之一,如特斯拉、宇樹、優必選,但也不乏能提供一定整合度的第三方綜合解決方案供應商,如DPX、LSZN、GGKJ,但問題又回到了估值上。目前人形機器人有兩類發展路線,其一是分層大小腦,其二是“端到端”。1.分層大小腦類似於人的“大腦->小腦->肢體運動”的模式,認知決策和運動功能區分開,各自處理自己擅長的事。大腦(大模型)在資訊深度加工、認知決策上有顯著優勢,其反應過程可能偏慢,暫時無法承擔高頻的即時運動控制,而小腦則通過規則清晰的運動控制演算法,能夠實現類似於“條件反射”式的低功耗即時響應。類似於人在跑步時不會刻意用大腦去控制左右腳和手臂的擺動,只給出“繼續跑”的總決策,下意識的肌肉記憶(≈運動控制演算法)就能完成動作。2.“端到端”類似於直接向大腦發出指令,省略中間的控制過程,大腦自動處理期間的所有分工與執行過程,輸出結果,比如“攝影機畫面->神經網路->直接生成步態”。相當於中間的過程全在黑箱之中,需要大腦有強而快的運算能力。目前市場主流量產品基本均採用大小腦分層的方案,一方面可能是推理芯的性能可能尚未達到理想值,另一方面“端到端”的黑箱特性使廠商無法識別並解決問題。據券商整理,大腦、小腦均有不同的技術路線:“小腦”MCU決定了“大腦”指令實際的執行效果,專用的人形機器人MCU通常涵蓋多種功能,甚至要多個MCU來實現,一套完整的運動控制系統由運動控製器(規劃運動)、編碼器(測量方位)、驅動器(訊號轉化)、電機(產生機械能)、感測器件(接收訊號)等核心部件,以及軟體向的演算法構成。1.上游MCU晶片(核心,狹義的小腦?)演算法往往是機器人本體公司的核心之一,如特斯拉、宇樹、優必選,但也不乏能提供一定整合度的第三方綜合解決方案供應商,如地平線、雷賽智能、固高科技。海外:德州儀器、英飛凌、薩瑞;國內:地平線、黑芝麻智能、瑞芯微、全志科技、峰岹科技、雷賽智能。2.中游控製器、驅動器等海外:ACS、Aerotech、安川、科爾摩根、西門子;國內:匯川技術、雷賽智能、埃斯頓、固高科技、禾川科技、信捷電氣。3.相關輔助模擬模擬:索辰科技。靈巧手靈巧手雖體積不大,但卻是機器人實現精細操作的關鍵部件,廠商不但要懂硬體和演算法,還要廣泛深入各類應用場景,“拿雞蛋的目的是什麼,抓扳手的用途是什麼”是受機器人“大腦”控制,而“拿起雞蛋而不碎,抓起扳手而不滑”是受靈巧手自身的“小腦”控制。靈巧手是特斯拉Optimus最重要的研發迭代方向,工程量幾乎佔到人形機器人整機研發的一半,馬斯克不止一次表示“核心攻關在手和XX”。一旦靈巧手最佳化完成,意味著核心硬體已趨於收斂,或是機器人走向規模化量產的最後一環。在尋求量產上,特斯拉一直在推動供應鏈做減法,早期驗證使用的複雜、高成本方案最終常被更具性價比的方案取代,如滾珠絲桿替代滾柱絲桿,無刷電機替代空心杯電機。Optimus齒輪靈巧手的結構如下圖:對靈巧手而言,設定自由度非常重要,可以分為全驅動和欠驅動兩種方案,其中全驅動方案中驅動源和自由度數量一致,而欠驅動則自由度大於驅動源,缺少部分採取耦合隨動。據銀河證券研報,靈巧手可分為四種驅動方案,如下圖,目前主流方案是電機驅動。傳統模式同樣重要,主要有四種傳動方案(3+1),如下圖,目前尚未定型。目前靈巧手迭代的趨勢是:高自由度、輕量化、增加感測器、模組化(腱繩)。腱繩方案帶來什麼變化?①使用腱繩,引入輕量化材料;②使用微型滾珠絲槓;③價格較高的空心杯電機被無刷電機取代;(無論如何電機仍是人形機器人最主要的成本,但使用的電機逐漸變的更傳統、更大宗化?)④增加視覺、觸覺感測器。單個靈巧手ASP小幾萬塊,價值量大,主要成本項是電機、微型絲桿、感測器、腱繩等部件,多方都希望參與其中,主要有以下幾類廠商:①特斯拉、小米等頭部人形機器人大廠依靠核心供應鏈自研;②專注於靈巧手研發的第三方企業(傲意科技、星動紀元、強腦科技等);③部分從事電機、絲槓的廠商向靈巧手整機延伸(如兆威機電、震裕科技等)。腱繩主要使用金屬絲(鎢鋼?)和高分子材料(高分子聚乙烯)兩種材料,目前高分子材料無論是綜合性能、使用壽命還是成本均更優,可能是更有競爭力的選擇,但存在不耐高溫的問題,需增加塗層工藝解決。據調研資料,目前腱繩屬於消耗品,單手單次成本在2000元左右(高分子60-80元/根,鋼絲150-250元/根),每年需更換1-2次,假設取值1.5次,人形機器人目前靈巧手中每年腱繩的成本約為6000元,以百萬台人形機器人產量規模估算,年市場規模最大為60億,考慮到量產增效降本,實際可能大幅小於該數值。 (鉛筆投研)