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2024年,高盛发布人形机器人专题报告“人形机器人:人工智能的催化剂”
报告推翻了之前的人形机器人预测报告,将原先估算的2035年全球人形机器人市场达60亿美元的数据增加到了380亿美元,同时预测2035年人形机器人的出货量将达140万台,这比原先的数据增加了4倍。
报告中指出:估值和出货量大幅度提高的原因,除了端到端人工智能和多模态人工智能算法所提供的技术可行性,另外一项决定因素是硬件(人形机器人核心零部件)的成本大幅度降低,直接导致了人形机器人能够大规模商用的可能性,并数据指出,仿人机器人的制造成本已从去年的每台50-250k美元大幅下降到现在的30-15万美元(从低规格到高规格),或下降约40%。
完整版报告:【精选】高盛人形机器人专题报告“人形机器人-人工智能的催化剂”(附原版报告)
人形机器人,同工业机器人一样产业链也是由上中下游三个部分组成。
图片来源:M2觅途咨询
上游核心零部件厂商,主要指硬件(零部件)和软件系统供应商,零部件包括、控制器(硬件部分)、减速器(谐波减速器、RV减速器、行星减速器)、伺服电机(无框力矩电机、空心杯电机)、丝杠(滑动丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠)、传感器(视觉传感器、力传感器、IMU)、轴承、执行器、编码器、电池等,有些本体厂商还会采购灵巧手;软件部分包括控制器(软件部分)、感知软件(语音识别、视觉识别、位置识别、运动识别)、认知软件(语言处理、深度语义、知识图谱)、决策软件(路径规划、行为决策)等。
人形机器人大体可归结为三大核心技术模块:环境感知模块、运动控制模块和人机交互模块,其中运动控制模块成本占比最高。
运动控制模块(算法灵活性+硬件灵敏性决定机器人商用效果):人形机器人上游产业链走的依然是常规工业机器人的路线,核心的元器件就是舵机,舵机它里面实际上是一种高精度的伺服模组,包含四个部分:控制器、伺服电机、减速和传感反馈电路,主要硬件部分除了传感器之外,其他三样就是工业机器人的三大核心零部件(控制器、伺服电机和减速机)。参考工业机器人,核心零部件占工业机器人成本超70%,其中减速器、伺服系统、控制器分别占比约36%、24%、12%。考虑到人形机器人相较于传统工业机器人自由度大幅提升,预计减速器、电机成本占比将会更高。
控制器是人形机器人的大脑和小脑,是产业发展核心基础;人形机器人控制器框架通常包括感知、语音交互、运动控制等层面。1)视觉感知层:由硬件传感器,算法软件组成,实现识别、3D建模、定位导航等功能;2)运动控制层:由触觉传感器、运动控制器等硬件及复杂的运动控制算法组成,对机器人的步态和操作行为进行实时控制;3)交互算法层:包括语音识别、情感识别、自然语言和文本输出等。
精密减速器根据原理不同,主要分为精密行星减速器、RV减速器和谐波减速器,且因为三类减速器组成结构、特点不同,在机器人应用的细分领域也有一定差异。
三大精密减速器在具体应用于人形机器人的方案有:(1)特斯拉Optimus人形机器人,在肩肘髋腰处应用了16个旋转关节对应16个谐波减速器;(2)傅利叶通用人形机器人,全身多达54个自由度,搭载自研高性能FSA一体化执行器(集成电机、驱动器、减速器及编码器),上半身选择使用谐波减速器,下半身髋关节则采用行星减速器;(3)达闼人形机器人,二代拥有自研SCA2.0智能柔性执行器,SCA2.0集成新型伺服电机、底层伺服驱动、高精度编码器、高精度减速器于一体,是大多数机器人最核心的运动关节执行器。
电机驱动为机器人主要驱动方式,电机为人形机器人提供驱动力,是核心零部件之一,现阶段应用最广泛的是无框力矩电机和空心杯电机,
参考Tesla Bot方案,其躯体共有40个执行器,每个执行器都会搭配一个电机:(1)TeslaBot躯干+腿部+手臂的旋转执行器和线性执行器均使用无框力矩电机:这些部分应用的电机对扭矩、牵引力要求较高,我们判断可满足要求的电机类型还包括直线电机、步进电机。(2)Tesla Bot手部执行器使用的是空心杯电机,我们判断可满足要求的电机还包括舵机电机等。
不同于工业机器人,丝杠是人形机器人核心零部件。行星滚柱丝杠主要应用于人形机器人线性关节和灵巧手部位。根据对特斯拉Optimus的成本拆分,丝杠总成本占比11.6%,其中行星滚柱丝杠占比9.47%,仅次于电机的成本占比,是目前人形机器人关键的降本环节。
据M2觅途咨询根据产品价值量核算,三大执行器(线性执行器、旋转执行器、灵巧手)占人形机器人主要零部件价值量的73%;主要由:丝杠、无框力矩电机、减速器、力传感器、空心杯电机及轴承构成。
图片来源:M2觅途咨询
当前,国内许多工业机器人及汽车零部件供应商宣布入局人形机器人赛道,并计划针对人形机器人的运行特点开展相关研发工作,如三花智控、绿的谐波、拓普集团等。
中游则是人形机器人本体制造商,据不完全统计,中国人形机器人本体制造企业已超过50家。
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