本文來(lái)自微信公眾號(hào)“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，文/吳子鵬。
在前不久舉辦的Inclusion外灘大會(huì)上，人形機(jī)器人成為焦點(diǎn)，來(lái)自多家科技企業(yè)的多款新型機(jī)器人亮相。比如，宇樹(shù)科技全球首款擁有原地后空翻能力的全尺寸電驅(qū)人形機(jī)器人Unitree H1、四足機(jī)器人Go2均參加了Inclusion外灘大會(huì)；田螺云廚和支付寶百寶箱合作研發(fā)的AI烹飪機(jī)器人也參與了Inclusion外灘大會(huì)，工作人員稱，可以自動(dòng)識(shí)別食材，根據(jù)食材推薦菜單供用戶選擇，只要按照提示步驟操作，就能收獲一盤菜肴。
目前，全球人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大爆發(fā)，雖然規(guī)模性商業(yè)落地還需時(shí)日，但已經(jīng)來(lái)到了“井噴前夜”。在人形機(jī)器人系統(tǒng)中，電機(jī)控制系統(tǒng)是核心元件之一，也即將迎來(lái)一片新的產(chǎn)業(yè)藍(lán)海。
萬(wàn)億規(guī)模的人形機(jī)器人市場(chǎng)
當(dāng)前，發(fā)展人形機(jī)器人可謂是天時(shí)地利人和。政策方面，無(wú)論是國(guó)家還是地方，都推出了非常多的人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)和扶持政策。舉一個(gè)例子，去年10月，我國(guó)工信部印發(fā)了《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》，這份文件指出，要加快推動(dòng)我國(guó)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)和數(shù)字中國(guó)提供支撐。
除了國(guó)家層面的指導(dǎo)性政策，地方政府也是非?？粗厝诵螜C(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，目前北京、上海和深圳最為積極。分享一個(gè)北京方面的政策，《北京市機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)方案（2023-2025年）》要求，到2025年，北京市機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力大幅提升，培育100種高技術(shù)高附加值機(jī)器人產(chǎn)品、100種具有全國(guó)推廣價(jià)值的應(yīng)用場(chǎng)景，萬(wàn)人機(jī)器人擁有量達(dá)到世界領(lǐng)先水平，形成創(chuàng)新要素集聚、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活躍的發(fā)展生態(tài)。全市機(jī)器人核心產(chǎn)業(yè)收入達(dá)到300億元以上，打造國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)集群。另外，北京還于2023年11月在北京亦莊成立了國(guó)內(nèi)首個(gè)省級(jí)人形機(jī)器人創(chuàng)新中心——北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心。
為什么政策如此重視人形機(jī)器人呢？主要還是看中了人形機(jī)器人巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，已?jīng)比較明確的場(chǎng)景有工業(yè)生產(chǎn)、陪護(hù)、家務(wù)、物流、軍事和航天等。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，F(xiàn)igure AI公司最新發(fā)布的人形機(jī)器人Figure 02是最吸引關(guān)注的，這款機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入汽車工廠進(jìn)行測(cè)試，德國(guó)汽車制造商寶馬此前宣布，首次在其美國(guó)斯巴達(dá)堡工廠中使用Figure AI的人形機(jī)器人。Figure 02在持續(xù)數(shù)周的測(cè)試操作中，在真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境中成功將鈑金零件插入車身結(jié)構(gòu)中。據(jù)寶馬集團(tuán)稱，相關(guān)生產(chǎn)步驟需要特別的觸覺(jué)能力。Figure 02可以熟練地獨(dú)立放置各種復(fù)雜零件，精度可達(dá)毫米級(jí)。
相較于Figure 01，F(xiàn)igure 02的計(jì)算能力和人工智能推理能力提高了3倍，手部有16個(gè)自由度，能夠攜帶重達(dá)25公斤的物體。每一根手指都由一個(gè)集成單元驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，大量的電源和傳感器信號(hào)布線被包裹在手和手指上，這為其提供了與人類手腕相似的力量運(yùn)動(dòng)范圍。
在物流運(yùn)輸領(lǐng)域，目前可選的人形機(jī)器人非常多，包括Agility Robotics、1x、Figure AI、Apptronik等多家企業(yè)都已經(jīng)推出相關(guān)方案。美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)工程學(xué)院孵化的機(jī)器人公司Agility Robotics與知名供應(yīng)鏈解決方案提供商Zion Solutions Group宣布達(dá)成戰(zhàn)略合作，旨在共同推動(dòng)人形機(jī)器人在工業(yè)環(huán)境中的實(shí)用性和系統(tǒng)集成。Agility Robotics研發(fā)的Digit雙足移動(dòng)操縱機(jī)器人（MMR）專為解決倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化所面臨的難題而設(shè)計(jì)，采用了人工智能模型，能夠快速、持續(xù)地適應(yīng)新的任務(wù)和工作流程。同時(shí)，這款機(jī)器人能夠高效地處理那些單調(diào)乏味的散裝物料搬運(yùn)任務(wù)，同時(shí)還能有效地將手動(dòng)操作和自動(dòng)化流程緊密連接起來(lái)。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2026年中國(guó)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破200億元，到2035年人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模有望超過(guò)11000億元，成為萬(wàn)億規(guī)模市場(chǎng)。
人形機(jī)器人里的電機(jī)類型
人形機(jī)器人作為現(xiàn)代智能科技的重要代表，具備模擬人類肢體運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作的能力，要實(shí)現(xiàn)這些能力就離不開(kāi)電機(jī)。因此，電機(jī)系統(tǒng)被認(rèn)為是人形機(jī)器人發(fā)展的核心賽道之一。
從電機(jī)用量的角度來(lái)看，目前單臺(tái)人形機(jī)器人的電機(jī)用量超過(guò)40個(gè)，也會(huì)涉及很多電機(jī)類型。比如，步進(jìn)電機(jī)是線性關(guān)節(jié)和眼球控制等系統(tǒng)主要采用的電機(jī)。在線性關(guān)節(jié)里，步進(jìn)電機(jī)能夠快速響應(yīng)指令，使機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地完成各種動(dòng)作。同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)還具備較高的效率和穩(wěn)定性，保證了人形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和精確性。另外，步進(jìn)電機(jī)在人形機(jī)器人的眼睛部位具有較好的適配性，因此在人形機(jī)器人眼部安裝步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)理想的選擇。
空心杯電機(jī)則是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)主要用到的電機(jī)，作為直流永磁伺服電機(jī)的一種，最大的特點(diǎn)就是轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用的是無(wú)鐵芯轉(zhuǎn)子，降低了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，同時(shí)其質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大幅降低，從而減少了轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械能損耗。綜合來(lái)看，空心杯電機(jī)擁有功率密度高、使用壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、峰值轉(zhuǎn)矩高、散熱性好等優(yōu)點(diǎn)。特斯拉的人形機(jī)器人Optimus就是空心杯電機(jī)應(yīng)用的一個(gè)典型案例。
另外，人形機(jī)器人在控制環(huán)節(jié)還會(huì)用到無(wú)框力矩電機(jī)，能夠在電機(jī)低速甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)仍能提供穩(wěn)定的力矩給負(fù)載。在驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力方面，主要用到的電機(jī)包括有刷電機(jī)、無(wú)刷電機(jī)、單相交流電機(jī)、三相交流電機(jī)和直線電機(jī)等。
結(jié)語(yǔ)
與傳統(tǒng)的機(jī)器人相比，人形機(jī)器人在環(huán)境適應(yīng)性、任務(wù)操作多樣性和人機(jī)交互方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，這就要求應(yīng)用于人形機(jī)器人的電機(jī)有著更加精準(zhǔn)高效的控制，以完成更加復(fù)雜的控制邏輯，隨著人形機(jī)器人逐漸釋放潛力，電機(jī)系統(tǒng)有望繼續(xù)升級(jí)革新，一起撬動(dòng)萬(wàn)億級(jí)別的人形機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)。
