機器人市場在經(jīng)歷了前一段時期的建設(shè)熱潮以后，面對現(xiàn)階段大多數(shù)下游應(yīng)用市場正處于緩慢復蘇或去庫存的狀態(tài)，令到整體行業(yè)走勢仍存在諸多不確定因素，市場供應(yīng)鏈競爭態(tài)勢呈現(xiàn)“白熱化”。與此同時，新增市場聚焦于人形機器人的開發(fā)與量產(chǎn)，也吸引了越來越多產(chǎn)業(yè)人士的關(guān)注，這是因為代表當今科技水平最前沿的人工智能技術(shù)肩負著帶動世界經(jīng)濟新一輪躍升的重任，而其中的一個必要條件是需要借助一個硬件產(chǎn)品來落地，從目前來看，除了智能化電動汽車之外，人形機器人可能是最被人們看好的一條長坡厚雪型“賽道”。

　　組編/編輯部

　　人形機器人量產(chǎn)時間表初現(xiàn)

　　2024年，機器人市場異常熱鬧，這一波高潮的引爆點是全球人形機器人量產(chǎn)的時間表已逐漸明朗。當?shù)貢r間6月13日，特斯拉CEO馬斯克在美國得州奧斯汀舉行的年度股東大會上表示，特斯拉將于2025年開始“限量生產(chǎn)”O(jiān)ptimus人形機器人，并于明年在自有工廠測試類人機器人。他預測，明年特斯拉將擁有“超過1000個，甚至數(shù)千個在運行的Optimus機器人”。

　　與此同時，在6月上海舉辦的中國人形機器人開發(fā)者大會上，傅利葉智能展示了最新研發(fā)的Fourier GR-1通用人形機器人，身高1.65米，體重55公斤，全身自由度最多達54個，擁有高度仿生的軀干構(gòu)型和擬人的運動控制，具備快速行走、敏捷避障、穩(wěn)健上下坡、抗沖擊干擾等運動功能。現(xiàn)場工作人員告訴記者，GR-1從去年9月公開發(fā)布后，至今已經(jīng)交付了65臺，量產(chǎn)了上百臺，到今年年底，預計還將交付更多。此外，宇樹科技、開普勒、優(yōu)必選、小米、智元機器人等都是目前較為活躍的本土人形機器人開發(fā)廠商，這類新型機器人的應(yīng)用場景主要集中在倉儲物流、汽車領(lǐng)域和特種安保行業(yè)等。

　　除此之外，在工業(yè)機器人部分，根據(jù)睿工業(yè)對一季度的行業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示，2024年一季度工業(yè)機器人銷量仍同比微增4.8%左右。市場增長主要來源于兩方面：首先是受到電子、汽車、金屬制品等下游行業(yè)的拉動;其次是機器人整體價格持續(xù)下行，在制造業(yè)的滲透率進一步提升(圖1)。

　　此外，從一季度各類工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢來看，Cobots協(xié)作機器人保持著較高的增速，在鋰電、光伏行業(yè)以及焊接、食品飲料的搬運場景有突破;≤20kg 6-axis機器人在電子、金屬制品等一般工業(yè)的焊接應(yīng)用場景取得較好表現(xiàn);>20kg 6-axis機器人的增長主要來源于汽車及儲能的海外投資項目，以及玻璃、建材、木工、家電等一般工業(yè)市場。而SCARA、Delta等常規(guī)種類則呈現(xiàn)微小的下滑態(tài)勢(圖2)。

　　不可否認的是，面對現(xiàn)階段大多數(shù)下游應(yīng)用市場正處于緩慢復蘇或去庫存的狀態(tài)，令到整體工業(yè)機器人行業(yè)的走勢仍存在諸多不確定因素，市場競爭“白熱化”，終端降本增效的訴求，推動國產(chǎn)工業(yè)機器人應(yīng)用需求邏輯更加明確，倒逼各家通過資源整合優(yōu)化、加快關(guān)鍵零部件自研自產(chǎn)、尋求和上下游合作伙伴建立利益共同體等措施來不斷提升成本控制能力。

　　伺服驅(qū)動：功率密度是重中之重

　　伺服驅(qū)動器屬于工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈的上游核心零部件之一，用于控制電機旋轉(zhuǎn)/直線運動，其性能直接關(guān)系到機器人關(guān)節(jié)、執(zhí)行器的動態(tài)響應(yīng)速度、運動精度、穩(wěn)定性和效率。在工業(yè)機器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、直線執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)計方案中，依據(jù)旋轉(zhuǎn)電機、直驅(qū)電機的不同，各個廠家會在驅(qū)動器零部件的選用細節(jié)上有所差異。目前，國內(nèi)伺服驅(qū)動器市場以日系的松下、安川;本土的匯川、禾川、雷賽智能、清能德創(chuàng)、埃斯頓;歐美系西門子、科爾摩根等為代表。而在微型大功率伺服驅(qū)動技術(shù)方面，以色列ELMO、美國Celera Motion等則是這一特定領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)先者，本土的ISMC上海相石科技等也值得關(guān)注。

　　清能德創(chuàng)電氣技術(shù)(北京)有限公司是一家致力于工業(yè)機器人領(lǐng)域伺服驅(qū)動技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)的專業(yè)廠商。針對工業(yè)機器人的伺服需求，清能德創(chuàng)發(fā)布的國內(nèi)首款工業(yè)機器人專用多軸一體伺服驅(qū)動產(chǎn)品系列CoolDrive R順利通過了多家國產(chǎn)機器人頭部企業(yè)的嚴格評測并達成批量供貨，成功實現(xiàn)了國產(chǎn)機器人伺服驅(qū)動核心零部件的進口替代。據(jù)了解，目前清能德創(chuàng)也正積極參與到以電驅(qū)型人形機器人的開發(fā)大潮中，并推出了應(yīng)用于四足機器人和雙足機器人的高功率密度高性能伺服產(chǎn)品。

　　從運動控制的角度來看，無論是旋轉(zhuǎn)型關(guān)節(jié)執(zhí)行器，還是直線型執(zhí)行器，對于伺服驅(qū)動產(chǎn)品都提出了高功率密度、高爆發(fā)、高響應(yīng)、高效率、高精度、高安全、高智能等方面的要求。尤其是功率/扭矩密度的提升成為了關(guān)鍵，為達到峰值扭矩、關(guān)節(jié)重量、自由度、整機重量之間的最佳平衡，還需要在未來很長一段時間內(nèi)持續(xù)開發(fā)性能更為強大的關(guān)節(jié)執(zhí)行器。例如，在伺服驅(qū)動器部分，提高功率密度是重中之重，可以通過利用新型寬禁帶功率器件的特點和優(yōu)勢(更快的開關(guān)頻率、更強的耐溫能力、更高的能源效率、更少的無源器件等)，以及開發(fā)高響應(yīng)控制算法和智能柔性伺服控制等方式來實現(xiàn)，快速響應(yīng)外部環(huán)境和內(nèi)部控制命令的變化，提高電流環(huán)控制能力，達到更高的采樣速率和采樣精度，并且提升速度環(huán)帶寬和響應(yīng)特性。另一方面，提高伺服電機的扭矩密度也是重點之一，如優(yōu)化定轉(zhuǎn)子拓撲結(jié)構(gòu)，提高電機磁阻轉(zhuǎn)矩;或是采用新型材料，提高電機的整體熱導率;或是降低轉(zhuǎn)矩波動，減少齒槽效應(yīng)等等。

　　另據(jù)悉，今年5月，清能德創(chuàng)全資子公司蕪湖清能德創(chuàng)電子技術(shù)有限公司伺服系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)基地在安徽蕪湖市鳩江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)正式投產(chǎn)，該基地占地28畝，計劃將建設(shè)成清能德創(chuàng)的研發(fā)和系統(tǒng)測試中心、伺服驅(qū)動產(chǎn)品生產(chǎn)中心、伺服電機產(chǎn)品生產(chǎn)中心，實現(xiàn)自有廠房制造產(chǎn)能翻番，這也是清能德創(chuàng)增資擴產(chǎn)、提升企業(yè)綜合實力的重要戰(zhàn)略布局。

　　微特電機：產(chǎn)品開發(fā)百花齊放

　　在工業(yè)機器人的身體關(guān)節(jié)部分，一般采用的是減速器/絲桿+伺服電機的傳動方式，無框力矩電機以其無邊框設(shè)計，具有體積小、質(zhì)量輕、慣量低、結(jié)構(gòu)緊湊、功率高、適配性強等特點，與機器人關(guān)節(jié)高度適配，因而有著廣泛的應(yīng)用前景。據(jù)有關(guān)機構(gòu)的統(tǒng)計，2022年全球無框力矩電機市場規(guī)模約為6.7億美元，預計到2029年市場規(guī)模將增長至11.7億美元作用，期間的年復合增速約為8%(圖3);目前國內(nèi)無框力矩電機主要被應(yīng)用于機器人領(lǐng)域(工業(yè)機器人及服務(wù)機器人的關(guān)節(jié)和手臂)，占據(jù)80%左右的市場份額。從競爭格局來看，海外企業(yè)仍處于領(lǐng)先地位，龍頭制造商包括科爾摩根、威騰斯坦、尼得科、派克漢尼汾等;國內(nèi)企業(yè)中，步科股份、昊志機電、禾川科技等也有較強的產(chǎn)品力。

　　正向研發(fā)能力、匹配下游設(shè)計是這類微特電機的核心壁壘。無框力矩電機的難點集中體現(xiàn)在磁路和工藝設(shè)計上，海外廠商具有悠久的發(fā)展歷史和較強的正向研發(fā)能力，能夠通過產(chǎn)品和經(jīng)驗積累、模擬仿真軟件快速實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計，以滿足客戶的需求。無框力矩電機的定制化程度較高，從未來的發(fā)展趨勢來看，無框力矩電機的一體化程度會更高。

　　根據(jù)對Testla AI Day的報導，在特斯拉自主研發(fā)的六種執(zhí)行器中，線性執(zhí)行器和微特電機是人形機器人的新需求。特別是在人形機器人靈巧手、醫(yī)療精密儀器的開發(fā)方面，無刷空心杯電機越來越受到青睞。無刷空心杯電機為轉(zhuǎn)子無鐵芯結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為無渦流損耗和磁滯損耗，具備低摩擦性能和良好的散熱性，實現(xiàn)了電機的高效率;采用無刷結(jié)構(gòu)可以進一步提升壽命、減少噪音，也是人形機器人電池供電型設(shè)備的理想選擇。

　　根據(jù)QYResearch最新調(diào)研報告顯示，2023年全球空心杯電機市場約為8.1億美元，未來幾年全球空心杯電機市場將繼續(xù)保持快速增長的態(tài)勢，預計到2028年，市場規(guī)模有望達到11.9億美元左右(圖4);其中，中國市場的增長潛力尤為巨大，預計到2028年，中國市場規(guī)模有望達到4.7億美元左右，占比有望提升至約40%。

　　國外空心杯電機龍頭公司包括Maxon Motor、Faulhaber、Portescap，其產(chǎn)品橫向、縱向布局均較為完善，并且具有較強的小尺寸電機和無刷電機設(shè)計能力。國內(nèi)空心杯電機供應(yīng)商有鳴志電器、拓邦股份、雷賽智能、偉創(chuàng)電氣等，這些廠商的研發(fā)及生產(chǎn)普遍采用以點帶面的方式，隨著國內(nèi)公司的技術(shù)能力不斷深化，空心杯電機未來存在廣闊的國產(chǎn)替代空間。繞組設(shè)計與設(shè)備、產(chǎn)品矩陣及背書是空心杯電機的發(fā)展的核心壁壘，例如，Maxon Motor開發(fā)的馬鞍形線圈、Faulbaber開發(fā)的斜繞式線圈等等，都具有專利優(yōu)勢且產(chǎn)品品質(zhì)較高。

　　機電一體化、模塊化趨勢

　　減速器是連接電機和負載的中間裝置，用于降低電機的輸出轉(zhuǎn)速、提高輸出扭矩，它決定著機器人運行的平滑度與穩(wěn)定度。機器人領(lǐng)域所使用的減速器屬于精密減速器，是機器人轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的核心零部件之一，主要包括諧波減速器、RV減速器、精密行星減速器三大類。

　　以人形機器人為例，目前主流方案是：在小臂、腕部、手部等小負荷部位的關(guān)節(jié)處使用諧波減速器;RV減速器則多用于機器人上臂、下臂等大慣量關(guān)節(jié)部位。未來，隨著產(chǎn)業(yè)化的加速，預計人形機器人逐步放量，精密減速器作為價值量占比較高的核心零部件，市場規(guī)模有望大幅增長。

　　日本的納博特斯克、哈默納科、住友傳動、新寶等是全球精密減速器行業(yè)的領(lǐng)導品牌;在國內(nèi)，綠的諧波、中大力德、豐立智能、雙環(huán)傳動等都是本土精密減速器行業(yè)的佼佼者。

　　為了滿足機器人關(guān)節(jié)執(zhí)行器對小型化、集成化的需求，機電一體化、模塊化是一個重要的發(fā)展趨勢，清能德創(chuàng)、同川科技等一批廠商陸續(xù)推出了集減速器、電機、編碼器、制動器等為一體的機器人關(guān)節(jié)模組方案。

　　例如，在諧波減速器的研發(fā)生產(chǎn)中，同川科技迅速捕捉到客戶及市場需求，將減速器、電機、編碼器、制動器進行巧妙的結(jié)合，打造出高精度、高剛性、高扭矩、小體積的諧波機電一體化執(zhí)行器，有效應(yīng)用于空間小、負載大、精度要求高的工作場景，可有效替代部分DD馬達、中空旋轉(zhuǎn)平臺、精密凸輪分割器、伺服+大速比行星減速機。同時，同川科技還提前布局和掌握機器人傳動相關(guān)技術(shù)，針對協(xié)作機器人、人形機器人、服務(wù)機器人領(lǐng)域，推出了一系列機器人傳動關(guān)節(jié)模塊，進一步減少機器人關(guān)節(jié)模塊的體積和重量，實現(xiàn)高度集成化，在機器人關(guān)節(jié)的輕量化、模塊化開發(fā)上做出了有益的探索。

　　據(jù)悉，去年年中，同川科技引入第一輪外部投資，資金計劃主要用于公司諧波減速機產(chǎn)能擴張、新產(chǎn)品研發(fā)和市場開拓，實現(xiàn)機器人諧波減速器、機器人關(guān)節(jié)模塊產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略布局。

　　另外，中大力德也在現(xiàn)有減速器與小型交流、微型交/直流電機搭配的減速電機基礎(chǔ)上，深入理解“密封”與“潤滑”的核心工藝，結(jié)合國內(nèi)市場客戶的個性化需求，不斷升級減速電機集成與檢測技術(shù)、精密傳動與控制技術(shù)，成功研發(fā)出“減速器+電機+驅(qū)動”一體化智能執(zhí)行單元核心零部件的產(chǎn)品架構(gòu)，走出了一條“半個機器人”的差異化發(fā)展道路。

　　結(jié)語

　　可以說，當前工業(yè)機器人市場的競爭更多的集中在針對具體應(yīng)用場景的深度耕耘，而焊接和物料搬運(碼垛)是工業(yè)機器人的兩個最大的下游應(yīng)用市場，根據(jù)Interact Analysis發(fā)布的工業(yè)機器人研究報告顯示，在2023年，超過一半的全球工業(yè)機器人銷售額來自這兩個主要應(yīng)用，其中大部分來自重載多關(guān)節(jié)機器人。另一個值得一提的現(xiàn)象是，協(xié)作機器人正借助其安全、可靠等性能優(yōu)勢，在小型工件焊接、重型碼垛等生產(chǎn)場景中逐漸顯露出潛力，應(yīng)用普及率開始上升。在“機器替代人”這一大趨勢下，企業(yè)將更加強調(diào)投入與產(chǎn)出之間的平衡，強化連續(xù)性生產(chǎn)的能力，柔性化、智能化將帶動整體上下游產(chǎn)業(yè)鏈布局加速向前邁進。

　　圖1 2016-2024年工業(yè)機器人分季度市場規(guī)模(單位：出貨量/臺，同比增速/%，資料來源：睿工業(yè))

　　圖2 2024年一季度各類工業(yè)機器人機型趨勢一覽圖(資料來源：睿工業(yè))

　　圖3 2022-2029年全球無框力矩電機市場規(guī)模統(tǒng)計及預測(資料來源：Valuates Reports，浙商證券研究所)

　　圖4 2022-2030年全球空心杯電機市場規(guī)模趨勢預測(單位：美元，資料來源：QY Research、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理)