人形機器人浪潮席捲全球,眾多機器人企業不斷推進新產品研發,實現多元場景落地,加快商業化處理程序,呈現“百花齊放”的態勢。這與人形機器人不斷的技術突破,以及產業鏈創新息息相關,其中作為對外部環境的關鍵執行部件,靈巧手一直是機器人行業發展的核心,預計占人形機器人全成本比重的20%~30%。那為何靈巧手成本佔比如此之高?這主要是由於技術複雜度極高,以及性能要求及其苛刻。從技術角度而言,人形機器人模仿人手通常需要15-25個甚至更多自由度(DOF)。每增加一個自由度,就需要增加驅動(電機/液壓/氣動)、傳動、感測和控制系統。另外,人形機器人要在緊湊空間內實現高力量密度、高精度、低噪音、高響應速度的驅動和傳動(如微型電機、諧波減速器、腱繩傳動等)非常困難且昂貴。要實現上述技術要求,靈巧手需要整合多種感測器:關節位置/力矩感測器、指尖/手掌的觸覺/力覺感測器(如六維力感測器)、甚至視覺感測器(手指攝影機)。這些感測器本身成本高,整合和訊號處理更複雜。同時,由於是手部就需要輕量化(如碳纖維、高強度工程塑料)、高強度、耐磨且具備一定柔性的材料。精密零件的加工和裝配工藝要求也極高。再加上,操控靈巧手需要的演算法也極其複雜。需要協調眾多關節完成精細操作(抓握、操作工具、感知物體屬性)需要極其先進的AI演算法(強化學習、模仿學習等)和強大的即時計算能力。因此,要實現人形機器人穩健、自適應的抓取和操作在技術的挑戰是巨大的,需要在工藝、技術、材料以及演算法上均實現平衡,這就使得靈巧手成為人形機器人的核心部件,也導致成本居高不下。去年國產人形機器人,大部分多為站立或懸掛的靜止狀態,即便是演示環節,大多數也只是執行簡單的行走或者手勢。對比而言,今年有了顯著的進步,不僅行走、對話的人形機器人大量增加,甚至包括格鬥、踢球等複雜動作的演示。這種變化其中一個核心就是“靈巧手”技術的進步。目前國產靈巧手技術走在前列的主要有以下3大廠商。鳴志電器,為國內步進電機龍頭;創立於 1994 年,在空心杯電機領域,鳴志電器起步較早,持續投入研發,產品技術處於國內領先。鳴志電器在空心杯電機領域相關專利可追溯至2015年。2019年收購瑞士Technosoft Motion AG,進一步加強其在空心杯電機領域的優勢。第二家是鼎智科技,成立於2008年,是中國微特電機領域內的主要企業,線性執行器處於領先地位。產品矩陣圍繞精密運控及其解決方案展開,主要包括線性執行器、混合式步進電機、直流電機和音圈電機等。鼎智科技的空心杯電機屬於無刷電機,根據產品構思、結構設計,確定繞線原理,攻克了繞線工藝、繞線成型、線包固化等多項技術難點。第三家是中大力德創立於1998年,是一家集電機驅動、微特電機、精密減速器、機器人結構本體及一體化智能執行單元的研發、製造、銷售、服務於一體的國家高新技術企業。核心產品線涵蓋了精密減速器系列、傳動行星減速器以及多元化的小型與微型減速電機等。圍繞工業自動化、機器人,形成了減速器+電機+驅動一體化的產品架構,推出精密行星減速器+伺服電機+驅動的一體機等模組化產品。因此,靈巧手佔據人形機器人成本20%-30%的比例,絕非偶然。它是高複雜度、高技術壁壘、高價值核心部件的集中體現。攻克靈巧手的技術難題,實現性能提升與成本降低,是人形機器人能否真正走出實驗室、實現大規模應用的關鍵戰役之一。 (飆叔科技洞察)