在人形機(jī)器人行業(yè)蓬勃發(fā)展的大趨勢下，零部件供應(yīng)商正迎來前所未有的機(jī)遇，有望深度受益于這一新興產(chǎn)業(yè)的崛起。在整個(gè)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中，主機(jī)廠雖然在關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)方面擁有關(guān)鍵的“定義權(quán)”，具體涵蓋人形機(jī)器人的自由度設(shè)計(jì)、關(guān)節(jié)方案設(shè)計(jì)以及關(guān)節(jié)布局位置設(shè)計(jì)這三個(gè)核心要點(diǎn)，但考慮到規(guī)模效應(yīng)以及專業(yè)化分工的因素，主機(jī)廠實(shí)現(xiàn)完全垂直整合的可能性相對較低?！白灾髟O(shè)計(jì)、外包生產(chǎn)”模式憑借其靈活性和專業(yè)性，成為主機(jī)廠與人形機(jī)器人零部件供應(yīng)商之間更具可行性的合作方式。在這種模式下，一批具備技術(shù)實(shí)力和生產(chǎn)能力的零部件供應(yīng)商將深度參與到行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，與主機(jī)廠形成緊密的合作關(guān)系，攜手共同成長。

從投資角度來看，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)因其在人形機(jī)器人成本構(gòu)成中的重要地位和技術(shù)應(yīng)用的高確定性，成為值得優(yōu)先關(guān)注的關(guān)鍵領(lǐng)域。關(guān)節(jié)模組作為人形機(jī)器人成本的重要組成部分，具有較高的價(jià)值量。目前，無論是從已有的技術(shù)實(shí)踐，還是從各主機(jī)廠推出的產(chǎn)品方案來看，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)中占據(jù)主導(dǎo)地位，其技術(shù)路線具有高度的確定性。這意味著在該領(lǐng)域進(jìn)行投資，能夠在一定程度上降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高投資回報(bào)的可預(yù)期性。

進(jìn)一步細(xì)分旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的技術(shù)方案，主要包括剛性驅(qū)動(dòng)器、彈性驅(qū)動(dòng)器和準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器這三大類。其中，彈性驅(qū)動(dòng)器方案雖然在理論上具有一些優(yōu)勢，但在實(shí)際應(yīng)用中卻面臨著諸多挑戰(zhàn)。引入彈性關(guān)節(jié)會(huì)顯著增加控制算法的復(fù)雜程度，對研發(fā)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)能力提出了更高的要求。而且，這一方案還會(huì)增加硬件成本，使得產(chǎn)品在成本控制方面面臨較大壓力。因此，在當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中，彈性驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用相對較少。

剛性關(guān)節(jié)方案則具有其獨(dú)特的優(yōu)勢和局限性。該方案通過使用大減速比減速器，能夠產(chǎn)生更大的扭矩輸出，并且在精度控制方面表現(xiàn)出色。然而，為了實(shí)現(xiàn)精確的力控制，剛性關(guān)節(jié)方案往往需要增加力傳感器，這無疑增加了成本。此外，剛性關(guān)節(jié)的耐沖擊性較差，在面對復(fù)雜多變的工作環(huán)境時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)故障或損壞，影響機(jī)器人的正常運(yùn)行。

準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器方案近年來發(fā)展迅速，尤其是在人形機(jī)器人領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。早期，準(zhǔn)直驅(qū)方案主要應(yīng)用于四足機(jī)械狗，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，其扭矩輸出能力逐漸提升，如今已能滿足人形機(jī)器人的部分需求。該方案的優(yōu)勢在于可以利用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)力控，簡化了部分控制環(huán)節(jié)。但由于只能使用小減速比減速器，其輸出扭矩相對有限。不過，隨著技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，準(zhǔn)直驅(qū)方案在人形機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用前景仍然廣闊。

在人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)中，電機(jī)的選擇至關(guān)重要。目前，無框力矩電機(jī)是主流的選擇，這主要得益于其設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)的成熟度。盡管此前由于市場需求有限，無框力矩電機(jī)的發(fā)展受到一定程度的限制，但隨著人形機(jī)器人市場的快速興起，其市場需求正呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。然而，為了進(jìn)一步提高關(guān)節(jié)的扭矩輸出能力，行業(yè)也在不斷探索新的電機(jī)技術(shù)。軸向磁通電機(jī)作為一種具有潛力的新型電機(jī)，正逐漸受到關(guān)注。與傳統(tǒng)的徑向電機(jī)相比，軸向磁通電機(jī)能夠提供更高的扭矩密度，其扭矩密度比徑向電機(jī)高出約30%，特別適用于對高效率和高轉(zhuǎn)矩密度有嚴(yán)格要求的場合。不過，軸向磁通電機(jī)在發(fā)展過程中也面臨一些挑戰(zhàn)，例如散熱問題、制造工藝的復(fù)雜性以及產(chǎn)業(yè)鏈成熟度相對較低等。盡管如此，部分具有前瞻性的廠商已經(jīng)開始在軸向磁通電機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行布局，積極投入研發(fā)資源，致力于克服這些技術(shù)難題，為未來人形機(jī)器人的發(fā)展提供更強(qiáng)大的動(dòng)力支持。

圖表： 軸向磁通電機(jī)專利數(shù)量

數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

在人形機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)中，減速器同樣起著關(guān)鍵作用。目前，諧波減速器和行星減速器是人形機(jī)器人中應(yīng)用最為廣泛的兩種類型。這兩種減速器各有優(yōu)劣，在實(shí)際應(yīng)用中，往往會(huì)根據(jù)整機(jī)的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行搭配使用。一般來說，對于那些對扭矩、精度要求極高，且對空間尺寸有嚴(yán)格限制的關(guān)節(jié)部位，諧波減速器憑借其在小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大扭矩和高精度傳動(dòng)的優(yōu)勢，成為首選方案。而在一些對效率要求較高、對成本較為敏感，且對空間大小不太苛刻的關(guān)節(jié)應(yīng)用場景中，行星減速器則因其高效、低成本的特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。這種根據(jù)不同需求進(jìn)行合理選擇的方式，既能夠充分發(fā)揮兩種減速器的優(yōu)勢，又能夠在滿足人形機(jī)器人多樣化功能需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)成本效益的最大化。

在力控制方面，目前主要存在電流環(huán)方案和力傳感器方案兩種技術(shù)路線。電流環(huán)方案是通過對關(guān)節(jié)電流的測量和估算來間接獲取力矩大小，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要額外安裝力傳感器，從而降低了硬件成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。然而，其精度相對較低，誤差大約在±10%左右，并且在與大減速比減速器配合使用時(shí)存在兼容性問題。相比之下，力傳感器方案則能夠直接測量力的大小，精度較高，而且可以與大減速比減速器良好兼容。但該方案的缺點(diǎn)是增加了硬件成本，使得產(chǎn)品在價(jià)格方面缺乏競爭力。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，低成本方案通常更傾向于采用電流環(huán)控制，以在滿足基本性能要求的前提下，控制成本。而對于那些追求高精度、高可靠性的高端人形機(jī)器人產(chǎn)品，則更傾向于使用力傳感器測量，以確保機(jī)器人在復(fù)雜任務(wù)中的精確操作和穩(wěn)定運(yùn)行。

人形機(jī)器人零部件供應(yīng)商在行業(yè)發(fā)展中占據(jù)著關(guān)鍵地位，有著廣闊的發(fā)展空間。而旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)作為其中的核心部件，其不同的技術(shù)方案和關(guān)鍵零部件的選擇，如電機(jī)和減速器等，以及力控制技術(shù)的應(yīng)用，都將深刻影響著人形機(jī)器人的性能、成本和市場競爭力。對于投資者和相關(guān)企業(yè)來說，深入了解這些技術(shù)細(xì)節(jié)和行業(yè)趨勢，把握關(guān)鍵投資方向，積極布局相關(guān)領(lǐng)域，將有助于在這個(gè)充滿潛力的新興產(chǎn)業(yè)中搶占先機(jī)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。