機器人零部件為何成2023年世界機器人大會關注熱門？
http://www.debgrams.com 2023-08-21 13:36 來源：機器人大講堂
在原先，機器人的三大核心零部件是控制系統中的控制器、驅動系統中的伺服電機和機械系統中的精密減速器。如今，機器人的主體框架結構已經落實，更多機器人已經開始深入到各類場景中，這也帶來了視覺、力覺、一體化執行機構等新的零部件方向。
2023年世界機器人大會上不難發現這種新趨勢。本次140余家中外知名機器人企業攜帶的近600件展品，無論是ABB、FESTO、現代、新松、京東物流、元化智能、天智航等，還是6場主論壇、近30場專題論壇及配套活動，所展示和報告的內容，大多不再是機器人單機，而是通過融合各類視覺、傳感器的機器人綜合解決方案，多維度、多視角呈現了機器人行業新技術、新產品、新方案、新應用。
在世界機器人大會上，包括制造業、農業、商貿物流、醫療健康、商業社區服務、安全應急和極限環境應用等十大應用場景板塊，目前已經和機器人實現了初步結合，展現了機器人在推動創新發展、轉變經濟發展方式、改善人民福祉方面的積極作用，也展現了機器人深入各類場景的應用能力。
整個世界機器人大會上表現了一種未來圖景：隨著機器人應用場景正全面打開，機器人行業發展正從關注“機器人”本身，到了關注“機器人+”如何賦能千行百業，如何推動著機器人應用向深度廣度拓展，這就延伸出更多的機器人相關概念和細分技術體系。
▍新部件方向初現端倪
在全球各巨頭紛紛選擇進軍機器人領域的當下，許多新的機器人概念正快速從提出到火熱，例如GPT、具身智能等新概念讓人目不暇接。其背后發展邏輯并不復雜：由于機器人本身的能力愈發豐富，需要機器人企業針對不同場景和需求，帶著交鑰匙的思路實現細分化和系統化完善，從而讓多個新技術落地有了前提和可能性。
與此同時，機器人共性與前沿技術正在迅猛發展，電子、機械、生物、材料等大量科學和技術在相互交融中相互促進，融合創新、高端化、智能化、生態構建成為中國機器人未來發展的關鍵詞，從而帶動了多種零部件的融合和升級。
因為無論是工業還是服務機器人，主要包括三大部分六個子系統，其中三大部分指機械部分、傳感部分和控制部分，六個子系統是指驅動系統、機械結構系統、感受系統、機器人－環境交互系統、人機交互系統和控制系統。傳統的三大核心零部件保證了機器人的基礎移動、控制、執行能力，而如今為了讓機器人進入更大、更多場景，新的機器人零部件正從感知、決策兩個維度出發，助力機器人商業化加速。
例如在硬件端，感知是機器人運動控制零部件外的最主要環節，也是控制和執行環節的前提。我們如果類比人類的五類感官來梳理機器人的相關感知硬件，可以發現其中包括交互控制、視覺傳感、力控傳感、位移姿態傳感及運動控制傳感等大的方向。
交互控制環節可以類比人類的“大小腦”，一般由主控、協調和分布控制構成，硬件涉及主控芯片、協調控制器、分布式驅動控制器等，SoC、MCU、FPGA等芯片廠商、智能控制器及可編程邏輯控制器廠商在今年越來越多和機器人進行了有機結合，通過慣性測量單元IMU等產品，幫助機器人實現了更穩定的位移姿態傳感。
視覺傳感環節可以類比人類的“眼睛”，3D機器視覺為機器人視覺傳感主要方案，以多目視覺和iToF為主，機器視覺可以通過圖像傳感器找到被測的零件并確定其位置，使得機器人能夠具備識別、定位、修正等更復雜的功能，在提高定位精度、實現自動化生產、拓展應用領域等方面都具有重要意義。
力控傳感環節類比人類的“觸覺”，力矩傳感器為目前的主要方案，六維力傳感器將會使機器人關節具備全方位的力感知能力，目前機器人的發展正推動六維力傳感器放量降本。此外，柔性電子皮膚作為機器人觸覺的進一步解決方案，目前也已取得初步進展，在協作機器人、人形機器人等產品上得到應用。
運動控制傳感類比人類的“末梢神經”，目前許多廠商采取了新的關節驅動器，形成了全新的驅控一體化關節，搭建了各類關節模組，從而使得機器人靈巧手、夾爪等末端執行器快速成為機器人零部件的一股重要力量。
從整個世界機器人大會現場可以發現，無論是人形機器人、仿生蝴蝶、智能寵物貓等眾多“新奇特”展品，還是工業制造類解決方案，都開始借助視覺、傳感器等新型零部件，增強機器人本體感知及獲取環境物理信息的能力，減少體積和重量，同時有了更強的環境交互和融合能力，從而能更好實現新技術賦能，完成更廣泛的作業。
▍新型部件國產替代潛力巨大
機器人市場空間巨大，也為新興零部件的發展和進口替代提供了機遇。天眼查數據顯示，現存機器人相關企業57.1萬余家，其中，2023年上半年新增注冊企業8.1萬余家，與2022年同比增長38.4%。從地域分布來看，廣東、江蘇以及山東，三地相關企業數量位居前列，分別擁有11.4萬余家、7.6萬余家以及4.7萬余家。本次世界機器人大會上，很明顯能感受到，參展企業數量和參會人員都有了明顯的提升。
四足機器人是成為帶動新型零部件發展的主要動力。由于四足機器人需要有更高的有效載荷和極強的平衡能力，也需要更利于控制、設計和維護。目前國內外波士頓動力、小米、追覓科技、宇樹科技、云深處等公司的產品，都通過自研、優化一體化關節模組，實現了越來越高的扭矩和輸出密度，從而能夠完成更復雜的動作，有更高的續航能力。據機器人大講堂現場了解，其中追覓科技的關節模組產線目前也已經部署10多條，未來考慮單獨銷售。
同時，通過加入傳感、視覺等新模塊，四足機器人目前具備的計算機視覺和智能交互特性，這表現為機器人更加智能，有了更好的人機互動性，有了能夠適應不同復雜地形、天氣的高機動性、靈活性、自主性，這意味著機器狗開始能夠替代人類在許多特殊或高危環境中工作，也有望成為個人和家庭智能服務場景中新的增長方向。
人形機器人同樣帶動了新興的零部件市場機遇。本次世界機器人大會開幕首日，證券市場零部件板塊拉升明顯，行星滾柱絲杠、行星減速機、機器視覺等板塊漲幅居前。
由于人形機器人具備通用性、可使用工具等屬性，在“具身智能”等浪潮下已經成為多家企業關注的焦點。其中人形機器人中價值量占比約19%的行星滾柱絲杠、價值量占比約8%的空心杯電機、價值量占比約13%的行星減速器得到了非常多的關注。
原先這些新興部件的產能主要集中在歐洲、美國等，國內起步較晚，規模較小，海外進口依賴度高，而在本次世界機器人大會博覽會卻集結了30余家國產關鍵零部件企業展示最新攻關成果，突出展現我國機器人產業強鏈補鏈實力和關鍵核心技術創新力。
本次世界機器人大會博覽會，除了有空心杯龍頭企業德國Fauhalber參展，還有不少國產企業展出這類新產品。例如鳴志電器在前不久對無刷電機及空心杯電機領域進行一次收購，綜 合實力逐漸增強，本次就展現了其在空心杯電機的最新成果。由于國內少有12mm以下的空心杯電機，有消息認為本次鳴志展示的空心杯電機，性能接近Maxon、 Faulhaber兩大海外空心杯電機巨頭，且價格便宜30%以上，其電機及配套的行星齒輪箱有望進入特斯拉供應鏈，這也使得鳴志電器在世界機器人大會開展首日漲幅達到20%。
也有空心杯電機生產廠商在機器人大講堂的溝通中表示市場并不樂觀。因為批量制造難度大，對于高端制造設備的要求高，所以大多設備需要定制化生產，國內廠商大多原先并未把機器人市場作為主要開發方向，這導致機器人應用空心杯電機的技術提升空間依然非常大，在工藝經驗積累方面仍有改善價值。
由于人形機器人的預期非常樂觀，有分析預計2030年人形機器人需求量約177萬臺，全球市場空間有望達1692億元，2023-2030年CAGR達25%。中短期（3-5年）工商業場景率先應用；中長期（5-10年后）個人場景應用空間大。大多企業雖然空心杯部件的出貨量并不高，但是在世界機器人大會上仍然展示了相關技術儲備，希望探索更多機器人市場的可能性。
▍新型部件穩扎穩打
本次世界機器人大會，除了空心杯電機、行星滾珠絲杠這種新型部件，六維力傳感器、一體化關節等部件的發展節奏更為穩健，廠商的技術實力強勁，展現出了強大的國產替代實力。例如隨著人形機器人的發展，關節模組也產生了驅控一體化的技術趨勢，綠的諧波、鈦虎機器人等企業本次世界機器人大會都有相應一體化集成產品展示，還涌現出了高擎機電等一批專精特新和“獨角獸”創新企業。
力傳感器是機器人感知環境的關鍵部件，該部件能為機器人提供力反饋信息，幫助機器人實現高精度的數據采集和多軸同步校準，一般被認為是機器人真正“擬人化”的關鍵。有六維力傳感器作為感知元件，機器人才能精準執行，甚至做到 “穿針引線”，其中六維力傳感器是精度最高、抗干擾能力最強的傳感器類型，正快速應用于醫療機器人、人形機器人、工業機器人等多個領域。
目前國內廠商六維力傳感器相比于海外更具性價比，部分廠商產品已經進入頭部客戶供應鏈，多家企業正在針對這個前沿方向，探索實踐不同的技術發展路線。本次世界機器人大會上，例如宇立儀器的六維力傳感器產品就得到了非常多的圍觀，該企業正通過擴大選型提高產品的應用覆蓋面，解決應用多樣性、復雜性問題，宇立的產品技術指標已達全球領先水平且具備一定的價格優勢，已經進入 KUKA、ABB 等龍頭客戶供應鏈。
也有企業更關注本次世界機器人大會上展示的六維力傳感器關鍵技術價值。例如鑫精誠傳感器的相關負責人表示，由于國產應變片的成熟度越來越高，借助協作、工業機器人需求，目前鑫精誠六維力傳感器的銷量穩中有升，預計出貨量能達到數千只，但人形機器人的六維力傳感器實際應用仍然需要更多的探索，解決零點漂移等問題。
例如坤維科技等企業則正在通過打造準度更好、串擾更低的傳感器，幫助機器人在打磨拋光等領域打開更大市場。其認為由于六維力傳感器的技術難點集中于如何保持優良的靜態性能、動態性能和低維間耦合，標定設備、解耦算法研發等均需要高額資本投入，堅持打造高性能部件能夠建立更高的市場護城河。
根據智研瞻產業研究院，2022 年我國應變式傳感器市場規模為 30.57 億元，較上年同比增長 15.8%。六維力傳感器雖然目前在整體市場占比依然較小，主要應用于協作機器人、醫療機器人等領域，但潛力巨大，市場高速增長。
▍結語與未來
世界機器人大會上，可以發現融合感知、數字孿生、人工智能、結構仿生等新技術加速滲透，機器人發展已經呈現出人機共融、虛實融合、智能驅動、泛在交互等發特征，產業逐步逼近變革躍升的臨界點，機器視覺、激光雷達、機器人靈巧手這些機器人上游產業鏈生態愈發成熟，這其中蘊含著巨大的投資機遇和澎湃的發展動能。
目前我國擁有全球最大的機器人市場、最豐富的應用場景，必然有條件、有能力把握住這次變革機遇，為全球發展貢獻更多方案和智慧。
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