人形机器人关节一一减速器、电机、滚珠丝杠的竞争格局分析

1.关节的结构和分布情况(1）人体关节的分布 自前特斯拉的机器人实现了28个自由度，相当于人体功能的约1/10。 这28个自由度主要分布在上半身和下半身。上半身包括肩部（6个自由度），肘部（4个自由度），腕部（2个自由度）和腰部（2个自由度）。下半身包括髓关节（2个自由度），大腿（2个自由度），膝关节（2入自由度），小腿（2个自由度）和踝部（2个自由度）。 1.关节的结构和分布情况(1）人体关节的分布 自前特斯拉的机器人实现了28个自由度，相当于人体功能的约1/10。 这28个自由度主要分布在上半身和下半身。上半身包括肩部（6个自由度），肘部（4个自由度），腕部（2个自由度）和腰部（2个自由度）。下半身包括髓关节（2个自由度），大腿（2个自由度），膝关节（2入自由度），小腿（2个自由度）和踝部（2个自由度）。(2）关节的类型和力度 这28个自由度可以分为旋转关节和线性关节。旋转关节有14个，分为三个小类，根据旋转力度的大小来区分。最小的旋转关节力度为20牛米用在手臂上：110生来的9入用在腰部、髓部和肩部等：180来的用在腰部和髋部。线性关节也有14个，根据力度的大小来区分。最小的线性关节力度为500牛，用在腕关节；3900牛用在腿部；8000牛用在大腿和膝关节。 (3）关节的结构 关节的结构包括电机、减速器、传感器和轴承。旋转关节使用电机和谐波减速器，未来可能会有更优化的方案。线性关节使用电机和滚珠或滚珠丝杠作为减速器，同时配备传感器。 2.电机在人形机器人关节中的应用 关节上使用的电机主要是伺服电机，而不是无框电机。无框电机的优势在于减小重量和去除多余部件来实现更大的扭矩。国内的一些公司如科尔摩根瑞士的max、博科股份和理工华在电机领域有一定的研究和应用。编码器是电机闭环控制的关键，国内外在编码器的精度方面还存在差距。传感器方面，力传感器需要精确感知末端的力，而位置传感器需要精确感知机器人在三维空间中的位置。 3.减速器在人形机器人关节中的应用 自前主要使用的是谐波减速器，由柔轮和钢轮之间的传动组成。谐波减速器效果好但价格较高。未来可能会出现行星减速器替代谐波减速器的趋势因为行星减速器相对便宜，但减速比较小。根据实际需求，可能会有一部分行星减速器被采用。 4.人形机器人关节控制的方法 自前有四种常见的控制方法：迁移学习、增强学习、深度强化学习和大模型。深度强化学习被认为是自前最有潜力的方法，可以在机器人控制领域取得更大的突破。这些方法可以在数据量较小的情况下快速实现机器人的控制能力，并逐步提升自已的控制能力 5.竞争格局分析 人形机器人关节的竞争格局主要涉及减速器、电机和滚珠丝杠等方面。在轴承万面，国内外企业的差异主要在精度和寿命上。在减速器方面，行星 减速器由于价格便宜但减速比较小，而螺纹丝杠和滚柱丝杠更适合用于手指关节。在电机方面，国内企业在微特电机领域有一定竞争力。在控制方面，机器人的大脑和小脑结合的方法包括使用大模型、迁移学习、增强学习和深度强化学习等。 以上是对人形机器人关节竞争格局的详细分析，希望能对投资者提供一定的参考和后启示， 交流环节Q&AQ：关于人形机器人关节中的减速器，电机和滚珠丝杠的竞争格局有哪些分析和观点？ A：轴承这一块，国内外主要差异在精度和寿命上，国内还是能做的，包括深沟球轴承、四联接触球轴承等等这些轴承，这些企业我们可以关注。 电机这块，国内企业在市场格局中仍处于第二梯队，市场主要由国外企业占据，如费舍尔和日本精工。滚珠丝杠在过去一直由国外企业主导，但随看人形机器人的兴起，国内企业也升开始进入这一领域。 Q：人形机器人的关节中，滚柱4杠和滚珠丝杜有何区别？自前国内外企业在这方面的竞争如何？ A：滚柱4杠和滚珠丝杠都能将旋转运动转化为线性运动，但滚柱4杠是通过滚柱卡住滚动来实现，而滚珠丝杠是通过珠子卡住圆柱来实现。过去这一块由国外企业主导，但随看人形机器人的兴起，国内企业也开始参与竞争，国内企业的难点在于尺寸精度要求高，自前国内的精度达到g3，而国外能做到g1到g5，精度上还有差距 Q：人形机器人的关节控制方案有哪些？国内外企业在这方面的竞争何？ A：自前人形机器人的关节控制主要分为大脑和小脑两个部分。大脑主要解决自然语言交互的问题，自前用大模型实现自然语言交互已经有了一些成果。小脑主要解决具体操作和运动的问题，自前有四种方案：使用实体机器人收集数据，虚拟环境中仿真收集数据，动作捕捉和遥操作。目前国内外企业在这方面的竞争还比较激烈，但在数据量和效率上存在一些差异。 Q：机器人跟车的传感器有什么不同？A：机器人的传感器不同于车辆的传感器，车辆主要关注前方是否有障碍物，而机器人更关注脚下的障碍物，以确保不会被倒Q：除了传感器，机器人与车辆还有其他不同之处吗？ A：是的，机器人可能需要增加一些无线连接和实时通信的交互知识，并且还需要增加硬件的保护机制，以保证自身的安全和保护他人的安全。此外，特斯拉还增加了一套深度学习的模型， Q：有哪些公司在人形机器人领域值得关注？A：在人形机器人领域，波士动力、杰来卡和特斯拉是值得关注的公司。 此外，国外的V和国内的钢铁侠、北理工华会、浙大熊老师团队和清华赵明国老师团队也值得关注。 Q：自前人形机器人的成本如何？ A：自前根据测算，基于特斯拉的方案，人形机器人的成本大约在10万美元左石。预计到2025年可能会降到5方美元，预计量在于台到万台之间。到2030年可能达到23万美元，预计量在10万到百万台之间。 Q：对于人形机器人的应用，有什么看法？ A：目前来看，人形机器人的应用主要集中在军方、科研和教育等不在乎成本的领域。如果到2025年成本降至5方美元左石，可能会逐步拓展到工业、工厂物流等领域。到2030年如果能降至2～3万美元，也许会有更广泛的商业应用。 Q：机器人核心零部件的用量单价和成本占比如何？ A：自前来看，机器人核心零部件的用量单价和成本占比大约是电机、轴承、减速器、传感器、编码器、结构件、软件和硬件等，总成本约为10万美元。 Q：减速器这块，国内哪些厂家有可能在末来儿年实现进口替代？ A：国内做滚珠4杠的主要企业有瑞士的gsa、斯凯夫和国内的伯特、新建传动等。除了这些企业之外，还有一些高校团队也在研究滚珠丝杠。Q：国产滚珠丝杠的精度和海外有差距吗？进口替代的难度大吗？ A：国产滚珠丝杠的精度基本能达到g3，而海外能达到g5。提高精度主要是需要更高精度的机床，预计一两年内国产滚珠丝杠的精度可以迅速提升。 Q：减速器里的轴承大部分还是依赖进口吗？国产替代的壁垒在哪？A：轴承的国产替代壁垒较低，国内轴承可以使用，但寿命和可靠性相对比较差一些。Q：人形机器人中的线缆是国产还是外资供应？A：线缆自前没有特别大的壁垒，国内也可以供应人形机器人所需的线缆，Q：国产空心杯电机与外资相比，差距在哪里？A：国产空心杯电机的扭重比较低，市场份额大概为10%。国外企业的扭重比较大，国内企业需要追赶。Q：国产空心杯电机的扭重比与外资相比差距有多大？追赶上的难度大吗？ A：国产空心杯电机与外资相比的扭重比差距较大，追赶上需要一定的努力，但预计可以在较短时间内实现接近外资水平的扭重比。Q：有电机家说机器人小腿上的线性电机效果不太好，想要转变成旋转电机，您怎么看？A：自前主流的电机都是旋转电机，线性电机在机器人上的应用效果不太好。我们现在主流的方案就是使用旋转电机，它的扭矩最大。Q：机器人各个关节需要配热管理吗？A：每个关节都需要配热管理，因为关节会产生热量，特别是转速较快的冷却。风冷不太现实，因为噪音太大，所以一般股会选择液冷方案。Q：如何设计关节的热管理系统？ A：可以使用液态金属将热量导出，不一定需要全身液冷，可以根据关节的发热量情况选择局部循环。Q：液冷方案的成本如何估计？ A：自前液冷方案在人形机器人中的具体应用还没有特别成型的方案，因为还没有真正应用起来。液态金属的成本大约是每克十几块钱，具体使用量需要根据最终的应用场景来确定 Q：人形机器人的热管理价值量与电动车相比，哪个更天： A：自前来看，人形机器人的热管理价值量相对较小，比起电动车来说还不需要配备热管理系统。机器人还没有真正投入工作，所以热管理的需求还不是很大。 Q：人形机器人在哪些场景中可能会先落地？ A：人形机器人可能会先用于科研、教育和特定工厂场景。科研和教育领域可以作为卖给同行的实验和论文发表的工具，而工厂场景可能会在总装线上使用，特别是复杂作业的场景。 Q：人形机器人是否可以与人一起合作，比如在总装线上或咖啡店里提供多种服务？ A：自前的特斯拉机器人硬件在功能上已经能满足这些需求，但成本较高不太经济。硬件方面可能还有优化的空间，但从功能实现的角度来看，目前的硬件已经足够了。 Q：空心杯电机与力矩电机和球形电机有何不同？它们的应用场景有何区别？ A：空心杯电机是微型电机，适用于小型特殊场合，比如手部关节或人体内部等小空间场合。力矩电机主要用于工业领域，是一种无刷的永磁同步电机。球形电机与这两种电机不同，它们在应用场景上有所区别，根据电机的不同要求选择不同的类型。 Q：对拓邦股份是否了解？您对他们的技储备和未来市场份额竞争格局有何预判？ A：对于拓邦股份，我知道他行是一家智能控制器企业，和和而泰有相化之处。虽然全国有很多企业都能做电机，但要做好电机并产生更大的扭距是具有一定难度的。拓邦肯定有一定的技未储备，但具体的市场份额竞争格局还需要进一步观察 Q：电机是否存在规模优势？拓邦股份是否已具备规模优势？A：电机在量产时具备规模优势，因为随着产量的增加，成本会迅速下降。 但这种规模优势只限于某一类电机，比如4伏电机，不同类型的电机规模优势不同。拓邦股份在电机领域可能还需要积累更多规模优势。 Q：编码器属于电机的哪一部分？它的应用和价值如何 A：编码器严格来说属于电机的一部分。一入完整的电机驱动系统应该包括电机、编码器和驱动器。编码器的应用和价值量因分类方式不同而有所差异。在关节电机中，电机、减速器和编码器可以合并计算占比，具体比例视精度而定。但总体来说，编码器在整个机器人中的占比并不大。 Q：像三花托福这样的公司之前没有做过4部电机，为什么他们有能力来做，而不是像和汇儿那样的公司去做，是不是更合理一点 A：电机的本质大家都能做，无非是谁做得好。电机的参数决定了谁做得好，如扭距、精度和重量等。扭距取决于磁场的强度，而磁场强度与选用的磁性材料和绕线方式有关。精度取决于编码器和控制器的能力，编码器能够记录转速，控制器能够计算电机的扭矩开进行反馈团环控制。重量取决于结构设计，通过去掉多余的结构和防尘防水设计可以减轻重量。因此，设计能力是决定电机参数的关键。 Q：编码器为任么要和电机集成在一起？现在像三花这样的公司应该要去做编码器和控制器的零部件吗？ A：绝大部分电机家不自已做编码器和控制器，因为电机是电磁器件和结构件，而编码器和控制器是半导体器件和算法。这涉及到不同工程师的专业领域。自已做与否取决于企业的选择和量的大小。如果量大，并且要实现一体化，可能会考虑自已做。否则，可能更适合外购。