管理摘要
制造业，尤其是汽车行业，正在经历结构性变革，寻求新的增长机会。人形机器人作为未来市场，与自动化、机电一体化和工业制造的现有能力高度契合，具有战略意义。早期参与人形机器人硬件价值链为欧洲制造商提供了捕获价值的机遇。市场预测显示，全球人形机器人市场到2030年将达到约300亿美元规模，复合年增长率约为60%，到2050年全球安装量将达到数亿台。然而，目前标准化硬件架构缺乏，关键组件如执行器、齿轮箱、电池和传感器等仅部分满足工业要求。
本研究分析了人形机器人硬件架构，并开发了自下而上的成本模型，以评估经济可行性和工业扩展潜力。结果表明，执行器、能源和结构层组件是主要的成本驱动因素，并对成本有效扩展构成挑战。对于欧洲制造商而言，这代表了一个具体的战略机遇。人形机器人硬件所需的精密机电一体化、先进制造和系统集成能力与欧洲汽车供应商和机械工程公司的现有优势高度契合。捕获这一新兴市场的价值将取决于对成本和性能相关的硬件组件的开发和工业化进行专注参与，并与人形机器人原始设备制造商进行早期和密切合作。
人形机器人硬件价值链
人形机器人硬件价值链包括感知层、执行层和结构及能源层。感知层负责环境感知、状态估计和物理交互，包括视觉和深度传感器、触觉和力传感器、惯性传感器和环境传感器。执行层将电能转换为受控的机械运动和力，包括电机、减速器和结构及能源系统。结构及能源层由轻量化框架和电池系统组成，以满足人形机器人的运动、操作和能源需求。
硬件成熟度和架构
当前人形机器人平台表现出不同的硬件架构，反映了在性能、耐用性、能源效率和成本等方面的权衡。硬件架构分为感知层、执行层和结构及能源层。感知层的关键组件包括深度相机、激光雷达系统、触觉和力传感器以及边缘计算单元。执行层的关键组件包括电机、减速器、丝杠和灵巧手执行系统。结构及能源层的关键组件包括轻量化框架和电池系统。
关键硬件组件评估
本研究对触觉传感器、电机、减速器和电池进行了详细评估。触觉传感器技术包括电容式、压阻式、凝胶基和磁式传感器，各有优缺点。电机技术包括径向磁通、轴向磁通、铁芯和铁芯电机，各有特点和适用场景。减速器技术包括波纹式、行星式和循环式减速器，各有特点和适用场景。电池技术包括锂离子电池和固态电池，各有特点和适用场景。
人形机器人硬件成本模型
本研究建立了人形机器人硬件成本模型，对不同成本场景进行了结构化比较。感知层成本最低，主要成本驱动因素是边缘SoC、激光雷达和深度相机。执行层是主要的成本驱动因素，尤其是减速器、电机和轴承。结构及能源层成本受复杂铝合金框架的制造成本影响。灵巧手是成本最高的硬件组件。
欧洲制造业能否抓住人形机器人机遇？
人形机器人硬件对经济可行性、可扩展性和工业影响至关重要。欧洲和其他发达经济体在捕获这一转型价值方面具有优势。实现这一机遇需要产业、政策和研究之间的协调行动。对于产业而言，人形机器人代表着一个新的高价值硬件市场，早期参与执行器、减速器、电池、灵巧手和轻量化结构等组件可以塑造未来的参考架构并确保在新兴供应链中的长期地位。对于政策制定者而言，工业政策应专注于硬件，以避免错过主要的杠杆点。对于研究而言，应加强对硬件特定挑战的研究，如节能执行器、长寿命减速器、鲁棒触觉感知、充电概念和人形机器人专用电池系统等。
欧洲产业需要立即行动，否则将错失人形机器人硬件价值链的机遇。
