2022年8月11日,小米发布人形机器人“铁大”(CyberOne);2022年10月1日,特斯拉在加州帕罗奥图举行2022年AI Day推出了售价不超过2万美元的人形机器人“Optimus擎天柱”。两大科技公司发力,成为了一个新的风向标:我们已经越来越临近人形机器人大规模走向市场的商业化拐点。

机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”,而人形仿生机器人则是机器人领域公认的终极目标。相比于以机械能力见长的工业机器人,人形仿生机器人的技术难点在于尽可能模拟人在各类场景下“感知-认知-决策-执行”的过程。在对仿生人形机器人的研究过程中,产生的大量新技术能够更好地服务于人。

目前形形色色的“机器人”已经广泛应用于日常生活和工业生产。比如家庭用的“扫地机器人”,物流公司在产业园使用的“物流机器人”,在餐厅送餐的机器人等等。不过上述产品大多不符合“人形机器人”的定义。从长远来看,人形机器人成熟后用途多多,它可以代替人在一些缺氧、强辐射环境中工作,或在对人有危险的环境里长期驻守,比如空间站、探月工程等。人形机器人研究涉及机械、电气、材料、传感、控制、人工智能等多个学科的交叉与融合,对拉动多个产业意义重大。但有业内人士认为,短期而言人形机器人看不到太大实际用途,只能在资本市场上起到支撑估值的作用,产业链上游核心零部件及软件系统集成是关键技术壁垒。

人形机器人的未来究竟是仍旧停滞在概念层面,还是真正走入市场,成为生产生活中的“有机单元”,这值得每个人拭目以待。

人型机器人概念:

太阳集团网址首页人型机器人(英语:Android),又称仿生人,音译安卓,是一种旨在模仿人类外观和行为的机器人(robot)尤其特指具有和人类相似肌体的种类。直到最近,人型机器人的概念还主要停留在科学幻想领域,常见于电影、电视、漫画、小说等。机器人学方面的进展已经可以设计出功能化拟真化的人形机器人(humanoid robot)。

太阳集团网址首页仿生人拟真的程度有很多,有些可以从外观上识别,也没有真人的思想和感情。反过来说亦有开发外观不似人,但能够有似真人行为的机器人,如2001年美国麻省理工学院研发了号称世界上第一个有类似人类感情的机器人。

现代的人形机器人一种智能化机器人,例如 ROBOT·X人形机器人,在机器的各活动关节配置有多达17个伺服器,具有17个自由度,特显灵活,更能完成诸如手臂后摆90度的高难度动作。它还配以设计优良的控制系统,通过自身智能编程软件便能自动地完成整套动作。

人形机器人集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体,是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志,因此,世界发达国家都不惜投入巨资进行开发研究。日、美英等国都在研制仿人形机器人方面做了大量的工作,并已取得突破性的进展。

时间 人形机器人发展历程
1960 Mi omir Vukobratovic 在1960年代引入的零矩点(ZMP) 稳定性理论
1972 早稻田大学加藤一郎发布Warot-1
1986 本田公司研制EO,发布E系列机器人
1997 本田公司发布Humanoid P3 机器人
2000 中国国防科技大学发布先行者
2000 本田公司发布Asimo,并开始模仿人类动作和形态
2008 首次发布用于认知科学研究的iCub机器人
2010 NASA发布航天用机器人Robonaut2
2013 MIT研发DRC-ATLAS
2015 日本软银公开发售Pepper 类人机器人
2016 Neurorobotics Robot Designer 平台建立,旨在创建有大脑的机器人
2017 波士顿动力发布新版人形机器人Atlas
2021 特斯拉宣布将推出人形机器人Optimus
资料来源:《Humanoid robot ics- Hi story, current state of the art, and cha Ilenges》,东方财富证券研究所
人形机器人产业链:

从相关产业链分析,人形机器人涉及到自动驾驶、视觉导航、传感器技术等多个技术融合,机械产业链方面主要涉及到机器人的核心零部件(伺服电机、减速机、控制系统、驱动器等)、机器视觉等方面,按成本拆分,伺服系统/控制器/减速器/本体制造分别占工业机器人成本的24%/12%/35%/23%,其中上游核心零部件成本合计超70%,随着机器代人浪潮加速,相关产业链具备较大成长潜能,尤其是上游核心零部件有望直接受益。

想要达到高自由度,最有效的方法就是为人形机器人装载更多的电机。当前技术条件下,伺服和步进电机是控制电机下的主要产品,其中伺服电机优势更加明显。

太阳集团网址首页伺服电机为闭环控制,通过实时的闭环信号反馈来调整,实现更精密的控制。综合来讲,伺服电机在控制精度、低频特性、过载能力、速度响应等许多性能方面都优于步进电机,更适用于工业自动化、机器人等领域。

伺服电机的增加,就需要配套增加减速器、控制器、传感器、机械系统、控制系统、感知系统、驱动系统、人机交互系统、环境交互系统等,而这些全都需要大量资金投入,参考工业机器人单体制造成本构成,减速器、伺服电机、控制器和本体占据成本总支出的85%。而人形机器人关节数量是工业机器人的5-8倍,伺服电机成本占比更高。

人形机器人产业链梳理

人形机器人或带动上游核心零部件发展

太阳集团网址首页人形机器人或带来机器人上游核心零部件投资机会。参考工业机器人零部件及 特斯拉公布的人形机器人技术细节和应用场景,人形机器人可能受益的环节有减速器、 电机、结构件、半导体芯片及器件、传感器、面板玻璃和材料等。成本构成方面,工业机器人的核心零部件主要为减速器、伺服系统和控制系统, 分别为 32%、22%和 12%,成本占比超过 65%。我们判断人形机器人零部件中减速器的 价值量较大。

太阳集团网址首页减速器:机器人成本占比最高的零部件

减速器产品主要可分为 RV 减速器、谐波减速器、摆线针轮行星减速器和精密行星减速器。减速器的作用是连接动力源和执行机构的中间机构,具有匹配转速和传递转矩的作用,减速器将电机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的。目前工业领域的机器人主要使用 RV 减速器和谐波减速器, 根据两者的特点各有不同的应用位置。

RV 减速机与谐波减速机均可应用于人形机器人的不同部位。RV 减速器的特点是拥有较高的传动效率、输出扭矩和扭转刚性,通常应用于机器人的腿部、腰部和肘部等承重关节;谐波减速器的特点是噪声小、体积小、重量轻、运动精度高,主要应用于轻型、小型工业机器人的末端部位。对于人形机器人来说,在进行搬运物品时,承重较大的腰部、腿部等关节处可配置 RV 减速器,而进行精细化操作时,机器人的小 臂和腕部可配置谐波减速器。

01减速器行业情况介绍

根据中国通用机械工业协会数据,2020 年中国减速机产量达到 917 万台,较 2013 至 2018 年的平均值增长近 54%。除此之外,近年来谐波减速机规模呈现平稳增加的 态势,2020 年谐波减速机规模达 12.6 亿元。根据《“十四五”机器人产业发展规划》, 到 2025 年,机器人产业营业收入年均增速超过 20%。我们预计到 2025 年我国机器人 谐波减速机规模有望达到 31.4 亿元。

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    这款机器人就是之前在央视春节晚会现场跳舞的机器人,也是从那时候开始优必选开始火热的。之前的优必选面临这倒闭的风险。当下已经成为机器人行业的独角兽了。

硬件方面:

运动控制 这里包含了电机,传动,以及运动控制系统。这方面波士顿动力绝对是高手。能后空翻的机器人运动控制能力肯定强悍。

传感器 传感器是机器人的五官,包括了光电传感,激光传感,以及智能导航。也就是说,你需要机器人能够有效的避障。并且在陌生的环境中能够快速的识别周围环境,并且可以判断优势的路径。国外做的比较好的系统是:SLAM导航系统。太阳集团网址首页

智能芯片 当下国内有不少人工智能的企业都在研究AI芯片,包括寒武纪在内做的还不错。这个就是机器人学习的基础。你需要能够运算复杂的数据,来判断逻辑执行的正确性。

软件方面:

语音识别 机器人是不会动的,也是不能自己听,说读写,看的。需要传感器采集数据。识别外部的信息。这个就相当于机器人的判断大脑之一。国内做的不错的例如:科大讯飞,百度等等。

图像处理 这个就相当于机器人用机器人视觉(就是相机),看到了什么,他怎么识别这些信息。国内也有做的不错的,例如:依图科技,旷视科技,商汤科技。

处理系统 这玩意就复杂了。我们可以简单的类比为,windows操作系统,如果将外部的一个信息,例如看到一块石头,怎么去绕开他。这就是内部的系统干的事情。

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