人形机器人各环节技术难点梳理

科技   2025-01-04 16:47   北京  

1、硬件: 
  (1)行星滚柱丝杠 : 制造难度大、壁垒高,产能主要集中于欧洲、美国等,国内市场依赖进口,价格昂贵,国内行星滚柱丝杠厂商市场份额占比仅为19%。 
  (2)  谐波减速器 :  
①柔轮易疲劳断裂, 柔轮是 谐波减速器 的关键部件之一,负责传递运动和力矩,一旦发生疲劳断裂,柔轮内壁和柔性轴承外圈出现磨损后,使得润滑效果下降、摩擦系数变大、温度升高,谐波减速器失效。 
②传动速比受限,无法满足人形机器人高精度定位、快速响应等需求, 谐波减速器的传动速比通常在30:1~320:1之间, 不能用于传动速比小于30的场合 ,将会限制人形机器人在高精度定位、快速响应等方面的表现,导致运动精度下降、响应速度变慢 
  (3)无框力矩电机 : 温升控制困难,电机绕组的电阻增加,增加电机内部的铜损和铁损,降低整体效率,影响整机能效和使用寿命。 
  (4)灵巧手 : 行星减速器存在局限性 , 单级传动比范围小 ,使人形机器人的灵巧手负载能力有限。 
  (5)传感器 : 视觉传感器易受环境因素干扰,计算资源需求高;增量式编码器对累积误差比较敏感。 
2、软件: 
   (6)数据采集: 机器人的软件可以分为大脑与小脑。目前大小脑发展不均衡,相较于智能“大脑”的智力快速提升 , 人形机器人的小脑即运动控制,发展停留在初期,主要制约因素之一是数据采集 , 方法局限性大,影响人形机器人的学习和适应能力。 
   ( 7)算法模型 : 精细操作中不同任务对应不同的奖励函数,无法设置统一的奖励函数进行强化学习,因此目前尚未有统一的底层算法。 对于每一个具体的精细动作任务,都需要单独开发和调校相应的算法模型, 导致不同组件或子系统之间的兼容性和互操作性较差 ,影响人形机器人整体性能和效率。 

二、商业挑战: 

(8)成本: 
①人形机器人制造成本和 维护成本较高 ,难以实现大规模量产和商业落地。目前,本田、NASA与通用汽车、波士顿动力等人形机器人产品成本或售价均超过200万美元, 马斯克表示, 人形机器人的成本至少要控制在2万至3万美元之间才能实现量产。 
②人形机器人的维护保养涵盖了电气系统、零部件日常清洁维护、定期检查、丝杆、传感器等关键零部件的更换、以及设备检查和维修等方面。 其较高的维护成本是不可忽视的一个方面。 
(9)应用:  
目前人形机器人无法适应多场景的不同需求,只能 从环境相对封闭 , 工序相对简单 且标准的场景开始 ,有标准的操作流程,有明确的评判标准,在自动化发展受限的情况下,替代部分的人工,市场渗透率低。 
(10)安全与伦理:  
行业安全等相关标准尚未形成,缺乏立法、行业标准等制度约束;人形机器人存在满足情感可能产生的伦理问题,如“恐惑谷”效应、隐私保护等。 
三、具体案例: 
1、特斯拉Optimus: 预计2026年开始对外进行人形机器人量产,但成本控制仍是挑战。 
2、优必选Walker S1: 已进入比亚迪等汽车工厂实训,但实训验证周期长,市场竞争激烈。 
3、智元机器人: 产品在部分3C半导体企业的上下料环节中实现商业化,但需要大量实景数据进行训练。 

四、产业化榜单 

1、 2024年人形机器人新质生产力 潜力 十大榜单 
(1)宇树科技: 全球首家公开零售高性能四足机器人、全球销量领先 
(2)智元机器人 : 天才少年“稚晖君”创立 
(3)星动纪元: 清华大学交叉信息研究院孵化 
(4)众擎机器人:中国第一批腿足式机器人研究与产业落地团队 
(5)自变量机器人:清华大学、北京大学团队 
(6)星海图(苏州)人工智能:清华大学团队 
(7)卓益得机器人:上海理工大学团队 
(8)北京加速进化科技:清华大学团队 
(9)深圳逐际动力:加州大学伯克利分校等国内外知名高校团队 
(10)月泉仿生:吉林大学团队 
2、 2024年人形机器人 关键技术 十大榜单: 
(1)双环传动 :RV减速器 
(2)绿的谐波: 谐波减速器 
(3)天链机器人 :谐波减速器、行星丝杆 
(4)奥比中光 :3D视觉传感器 
(5)吴志机电:谐波减速器、伺服电机 
(6)秦川机床 :行星滚柱丝杆 
(7) 巨轮智能 :RV减速器 
(8)中大力德:精密减速器.电机驱动 
(9)新时达:运动控制、伺服驱动 

(10)汇川技术:伺服驱动系统


来源:全产业链研究

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