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从智驾到具身智能,软硬件的底层相似性,与供应链的机会
2025-10-11 08:41


在多数情况下,智能汽车的产业链与具身智能共振,包括动力端的电池包、肢体方面的离合器、轴承、大小脑内置的智能芯片等。


但在肢体上,因人形机器人对操作、执行有更精密的要求,因此发展出“灵巧手”这一特殊部件,而灵巧手的发展在很大程度上决定人形机器人进入C端市场后的性能以及接受程度。


灵巧手是人形机器人产业中非常关键的产业链细分方向,其产业中包括灵巧手创企、车企/人形机器人创企、科研机构等三类企业。


在设计上,灵巧手包括传动系统、驱动系统、电机、减速器、六维力矩等关键部分和核心组件


1)灵巧手传动系统


灵巧手的传动系统是机械结构的核心部分,它负责将输入的动力转换为手指关节的运动。


根据不同的涉及需求和应用场景,灵巧手的传动系统可分为腱绳传动、连杆传动与齿轮传动


其中,腱绳传动在目前应用最广泛,是最类似于人手的肌腱结构,适合空间狭小且需要驱动自由度数量较多的场景,但精度不高、抓取力不足;


齿轮/蜗轮蜗杆传动式可实现高精度,但结构复杂、成本高,目前主要在工业机器人中应用;


连杆驱动式能抓取大型的物体且结构设计紧凑,但在远距离的控制上比较困难,多用于工业和商业用途。


2)驱动系统


电机驱动是多指灵巧手的主要驱动方式,其优势是驱动力大、控制精度高、响应快、模块化设计、易于更换维护等。


其中,空心杯电机是灵巧手关键零部件


以特斯拉2023年生产的名为Optimus的人形机器人为例,空心杯电机占单台机器人的成本达到4.43%,占手部执行器成本为54.5%。


值得注意的是,目前空心杯电机厂商的第一梯队,如Maxon、Faulhaber、Portescap均集中在海外,国内厂商如鸣志电器目前具备了批量生产的能力,且兼具性价比优势,目前属于第二梯队,但有望进一步突破技术壁垒,实现国产替代。


3)关键组件:电机和减速器


过渡到零部件部分,人形机器人的核心部件是电机和减速器,在国产化替代方面有巨大潜力。并且,其攻克将推动人形机器人的产业化进程


电机方面,除了上面提到的空心杯电机,还有无框力矩电机也在人形机器人中应用广泛。


空心杯电机:


通常尺寸较小,直径不超过40mm,优势是转速高、响应快、精度高,非常适合于灵巧手来执行精细和复杂的动作。


无框力矩电机:


一种新型力矩电机,专为需求体积小、质量轻、惯量低、结构紧凑、功率高的应用场合而设计,适用于人形机器人的关节驱动


减速器方面,它一般是在电机与执行机构之间起到匹配转速和传递扭矩的作用。一般减速器由多个齿轮组成,通过不同大小齿轮的啮合传递动力,从而降低驱动设备的转速并提供更高的扭矩输出和承载能力。人形机器人中常用的三类精密减速器分别为:行星减速器、RV减速器,以及谐波减速器。


行星减速器:


结构简单,传动效率高,多安装在伺服电机上,用来降低转速,提升扭矩,精确定位,常被用于机器人中对精度要求低的部分身体旋转关节。


RV减速器:


具有高刚性、耐超载的特性,且传动精度稳定,但体积相对较大,且成本较高。


谐波减速器:


优势是设计紧凑、高减速比、高传动精度,但承载能力比使用寿命相比RV减速器较低。此外,谐波减速器的成本处于行星减速器和RV减速器之间,高于行星减速器,低于RV减速器。


4)六维力矩传感器


力传感提供力反馈信息,是环境感知中的重要一环,具体可分为一维、三维,和六维力传感器。其中,六维力传感器能同时测量中性坐标系内的三个力(FX、FY、FZ)和三个矩(MX、MY、MZ),应用于机器人控制、力学实验和科研领域,是机器人中最常用的传感器之一。


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