人形机器人近况更新20240617
会议要点
1、会议要点提炼
2、人形机器人关节执行器方案
· 特斯拉采用了线性关节和旋转关节的组合，共包含28个线性和旋转执行器。此方案在运动控制学和算法上具有高度复杂性和智能化特征，符合人体工程学。
· 飞达更多使用旋转的谐波减速机关节执行器，而国内公司如福立业主要采用旋转关节。
· 执行器组合包含电机、行星减速机或谐波减速机、编码器、驱动器和力矩传感器等，形成完整的执行机构。
· 执行器方案细分为涡轮无感传动和线性传动，特斯拉主要使用涡轮无感传动实现更高自由度。
3、擎天柱人形机器人硬件调整
· 擎天柱的手部自由度将从11个增加到22个，支持弹钢琴技能。这将涉及硬件的大幅调整，包括更多的关节、更大的扭矩输出以及更复杂的神经系统控制。
· 增加的自由度将通过新增关节和传动机构实现，如滑轮和力传感器等组件。
· 特斯拉的关节执行器供应商主要是三花和拓普，同时还有一些协助厂商提供零部件。
· 供应商与特斯拉的合作进展：目前进行第五轮送样，还未完全定型。
4、空心杯电机及其生产
· 空心杯电机体积小，能量密度高，适用于移动端应用。无刷电机相较有刷电机具有更长寿命和更低噪音。
· 生产工艺方面，空心杯电机需要高精度绕线和定子成型，生产线投资约400万元，年产能2到4万台。
· 主要采用自动化生产，但国内很多企业仍处于半自动化阶段。
5、空心杯电机市场格局
· 全球主要供应商包括德国的Micron、美国的Pot Skype、日本的西铁城等，具有较高技术门槛和市场份额。
· 国内厂商正在逐步缩短与国际头部企业的差距，主要通过技术工艺优化和设备投入。
· 空心杯电机的核心参数包括高转速、高精度和高可靠性。
6、减速器应用及方案
· 减速器种类包括行星减速器、谐波减速器和RV减速器，主要用于不同的关节和应用场合。谐波减速器因其高刚性和高精度应用广泛，但价格较高。
· 日本的哈默纳克是全球谐波减速器的主要供应商，价格较国内产品高。
· 行星减速器相对价格便宜，主要用于普通应用场合。
7、特斯拉人形机器人进展
· 特斯拉计划在明年达到1000台人形机器人的生产目标，目前已有两台用于工厂内部。
· 国内企业如优必选也在加速人形机器人研发和应用。
8、技术替代与优化
· 特斯拉使用旋转关节替代线性关节，以降低成本并提高效率。旋转关节通过连杆机构实现功能替代。
· 线性传动市场的降本方案包括使用新材料和工艺替代现有的高成本方案。
9、空心杯电机在特定应用中的表现
· 空心杯电机在无人机和医疗设备中的应用因其高转速和高精度受到青睐。
· 空心杯电机需具备长寿命、低发热和高效率的特性。
Q&A
Q：目前主机厂在人形机器人关节执行器方面有哪些主流方案？
A：目前在人形机器人关节执行器方面，主机厂采用了几种主要方案，包括液压驱动、气动驱动和电动驱动。液压驱动因其高效能和精确度在一些高端应用中使用较多；气动驱动则因其成本较低和维护方便，适用于中低端市场；电动驱动由于其清洁环保、响应迅速，在多种应用场景中得到广泛应用。这些方案各有优劣，具体选择取决于应用需求和成本考虑。
Q：目前人形机器人关节执行器的主流方案有哪些？
A：人形机器人的关节执行器方案主要分为线性关节和旋转关节的组合。例如，特斯拉采用28个线性和旋转执行器的组合，符合人体工程学的运动控制学；国内外其他公司也采用了类似的组合方案。此外，执行器一般由电机、减速机、编码器、驱动器和力矩传感器等组成。特斯拉采用涡轮无感传动方式，可以实现20个自由度。
Q：特斯拉擎天柱人形机器人在硬件上有哪些调整和变化？
A：特斯拉擎天柱人形机器人将手部的自由度从11个增加到22个，并具备弹钢琴的技能。硬件调整包括增加手指关节数量，改进驱动单元，增加扭矩输出和力矩传感器。此外，还会加入微妙的误人误感传动，提升传动机构的柔滑度，以增强机器人手指的灵活性和力控制。
Q：特斯拉在关节执行器的供应商选择上有哪些国内供应商？
A：特斯拉在国内主要的关节执行器供应商包括三花、拓普和信为。这些供应商提供线性和旋转执行器，目前正在进行第五轮的送样，尚未达到批量生产阶段。其他供应商如合创科技、微总成等也在提供辅助组件，但尚未直接对接特斯拉。
Q：特斯拉与国内供应商的送样进展如何？
A：目前，特斯拉与三花、拓普等国内供应商的送样已进入第五轮测试。供应商们加大了研发投入，预计在2024年第三季度会有小批量订单，第四季度可能会有更定型的订单。三花智控、拓普等公司已投入更多资源和设备，以确保满足特斯拉的需求。
Q：特斯拉人形机器人的关节执行器在未来的生产计划是什么？
A：特斯拉计划在2024年第三季度进行小批量生产，第四季度将推出定型的关节执行器订单。这一进程将随着人工智能大会的展示进一步推进。模具开发和成本管理也是生产阶段的重要考虑因素，批量化生产后成本将显著下降。
Q：宁强手中空心杯电机的结构及其与有刷和无刷电机的区别？
A：空心杯电机由于其体积小、能量密度高，广泛应用于移动端设备。其低压直流特性不需要外接电源，是其核心优势。空心杯电机分为有刷和无刷两类。有刷电机因机械换向方式导致寿命较短、噪音大，而无刷电机通过电子换向器实现更长寿命（约2万到5万小时）和更高性能。体积方面，目前主流尺寸包括6毫米、8毫米、10毫米、12毫米、16毫米等，齿轮箱传动方式提高了扭矩输出，有效增强了承重能力。此外，散热设计也是关键，以确保电机在高负载下的稳定性。
Q：目前宁强手中的空心杯电机主要是哪种类型？
A：目前宁强手中的空心杯电机主要以无刷空心杯电机为主。
Q：无刷空心杯电机的生产工艺和流程。
A：无刷空心杯电机的生产与通用电机有显著区别。首先是定子的生产，采用无铁芯设计，通过微型细铜线缠绕成形，形成圆筒状绕组以产生磁场。转子部分由永磁体组成，通常为偶数极。关键在于转子的动平衡，高速旋转时需保持平衡以减少震动。一个自动化空心杯电机生产线的投入约为400万元人民币，包括精密绕线机、成型设备、动平衡机及综合测试仪等设备。
Q：投入400万元人民币的生产线，其年产能是多少？
A：投入400万元人民币的生产线，其年产能大约为2到4万台空心杯电机。
Q：空心杯电机的生产过程中，绕线这一步主要是人工操作还是自动化？
A：目前在绕线的生产中，国内大部分企业仍然采用半自动化的生产方式，部分环节需要人工干预。相比之下，国际上领先企业如Magic's已经实现了95%以上的全自动化生产。这种自动化水平差异对产品的品质一致性和绕组排线的整齐性有一定影响。
Q：明智公司的自动化生产程度如何？
A：明智公司目前有85%以上的生产环节实现了自动化，仍有部分环节需要人工干预。由于其市场铺量阶段的销售额并不大，整体仍以半自动化为主。
Q：空心杯电机有哪些核心参数和技术壁垒？
A：空心杯电机的核心参数包括其高转速特性，通常可达到2万到3万转，相比普通工业电机的3000至5000转具有明显优势。其技术壁垒主要体现在高转速响应、高效率、低损耗（不含硅钢片），以及高精度输出定位（通过加装编码器实现）。这些特点使得空心杯电机在无人机等高要求领域得到广泛应用。
Q：手部力传感器是几维的？每只手需要增加多少传感器？
A：手部传感器应理解为三维力传感器（XYZ方向）。如果每只手增加五个关节，则需要至少增加五个范围的力传感器。
Q：当前空心杯电机市场的全球竞争格局？主要的供应商有哪些？国内外产品的竞争力如何？
A：空心杯电机市场随着人形机器人的发展变得越来越重要。全球主要供应商包括德国的Maxon、Forhub，以及美国的Pot Skype等。这些企业在技术和市场份额上具有领先地位，例如Maxon在全球市场的年收入约为50亿人民币，其中中国市场约占15亿人民币。Maxon的电机应用广泛，特别是在高要求的领域如医疗和军工等，技术壁垒较高，包括过载能力强、响应速度快、寿命长、低发热等。日本西铁城在微型空心杯电机技术上也具有优势，因为其钟表制造背景使其齿轮精度更高。国内企业虽然在追赶，但与这些国际巨头在技术和市场占有率上仍有差距。
Q：空心杯电机在未来的发展趋势是什么？对技术和性能有哪些要求？
A：未来的空心杯电机需要更加小型化和高效，以延长工作时间。此外，需要具备大扭矩输出能力，如能提起50公斤的重物。电机的可靠性也是关键，需具备长寿命和高功率密度，同时减小发热。为了适应人体接触需求，电机的表面温度应控制在45度以下。电机的重量和尺寸需进一步优化，以实现更轻、更高效的设计。
Q：国内企业在空心杯电机领域的进展如何？未来有什么发展方向？
A：国内企业在空心杯电机领域已有一定进展，如半导体芯片、医疗领域等技术有突破，尤其在绕线工艺和设备投入上。代表企业包括万事达、万宝至、高威电子、景致、伟创等，它们在传统电机基础上逐步投入空心杯电机的研发。虽然仍面临技术和市场垄断的挑战，但通过技术积累和设备升级，国内企业正努力缩短与国际领先企业的差距。
Q：人形机器人中减速器的种类有哪些？不同关节使用的减速器方案和价格如何？
A：人形机器人中常用的减速器包括行星减速器和谐波减速器。行星减速器适用于高刚性要求的场景，通常用于实现精密度较高的动力传动。谐波减速器则适用于大减速比需求的场合，如1比200的减速比，但其抗冲击能力较弱。主要的减速器供应商包括日本的Harmonic Drive，它们在全球市场占有较高份额，如特斯拉的供应商。价格方面，谐波减速器比行星减速器贵，一般每台谐波减速器价格为1500元人民币左右，而行星减速器则相对便宜，仅为几百元人民币。阿威减速器也处于类似价格区间。减速器是人形机器人核心部件，直接影响动力传动的效率和成本。
Q：执行器的方案已经确定了吗？请详细介绍一下。
A：执行器的方案已经基本确定，目前主要分为两大类：旋转和线性执行器。在传动方式上，主要使用无框电机结合谐波减速器，输出则采用行星滚动式杠与无框电机相结合的传动形态。
Q：有没有新型减速器被开发出来？这些减速器主要用在什么地方？
A：新型减速器目前主要有磁传动减速器。这种减速器通过磁性耦合实现传动，没有摩擦力，处于创新阶段。然而，由于体积较大、控制难度高，尚未广泛应用于主流市场。
Q：线性执行器是否有替代滚珠丝杠的方案？未来有可能降低成本吗？
A：目前线性执行器主要使用滚珠丝杠，其效率高、轴向推力承载能力大。然而，由于制造工艺复杂、技术门槛高，成本较高。未来可能通过新的工艺和材料降低成本，例如采用梯形螺母替代滚珠丝杠，但效率较低。此外，旋转关节加连杆机构已经在一些人形机器人上替代了线性关节，例如波士顿动力和优必选的产品。
Q：特斯拉的线性关节可以全部被旋转关节替代吗？
A：从传动原理和执行功能上来看，特斯拉的线性关节可以全部被旋转关节替代。
Q：特斯拉计划明年在工厂中使用1000台人形机器人，这一目标是否符合预期？
A：特斯拉目前的人形机器人开发进展顺利，已经能够实现控制化执行功能，并不断通过各种环境训练优化。预计明年达到1000台的目标是保守估计，实际需求可能会更高。国内一些企业也在快速推进人形机器人开发和应用，整体进展符合预期。
Q：为什么旋转关节可以替代线性关节？
A：事实上，很多传动形态都是基于旋转的，因为旋转运动是最高效的。汽车等早期机械通过齿轮齿条等组件实现了旋转传动。马斯克最早使用线性关节是因为它更符合人与机器人之间的交互需求，线性关节可以理解为直接输出的部分，而旋转关节则是间接输出。特斯拉的四轴机器人、六关节、七关节等都使用了旋转传动，尤其是在手臂和手腕部位，采用了新型传感器和伺服器来实现灵活的运动。这种灵活的传动方式使得旋转传动在某些场景下更为适用。
Q：直线关节是否可以被旋转关节代替？
A：是的，直线关节可以用旋转关节代替。
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