具身機(jī)器人中那些關(guān)鍵零部件

今年的科技熱詞已經(jīng)從“人工智能”相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皺C(jī)器人”相關(guān)。而機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展并非只依靠單一技術(shù)的突破，而是一系列關(guān)鍵零部件的協(xié)同發(fā)力。

作為連接人工智能與物理世界的核心載體，具身機(jī)器人的每一次靈活轉(zhuǎn)身、每一次精準(zhǔn)抓取、每一次自主決策，都離不開底層零部件的支撐。這些看似獨(dú)立的組件，如同人體的骨骼、肌肉、神經(jīng)與大腦，相互咬合、彼此賦能，共同構(gòu)成了具身機(jī)器人感知世界、交互環(huán)境的基礎(chǔ)，也決定著其技術(shù)上限與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

機(jī)器人“筋骨”——?jiǎng)恿诵?/strong>

如果說(shuō)具身機(jī)器人的機(jī)身是骨骼，那么驅(qū)動(dòng)類零部件便是其賴以活動(dòng)的肌肉與肌腱，賦予機(jī)器人靈活運(yùn)動(dòng)的能力。

不同于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的固定動(dòng)作，具身機(jī)器人需要在復(fù)雜場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)、精準(zhǔn)操作，對(duì)驅(qū)動(dòng)組件的高精度、高功率密度與小型化提出了極高要求。其中，電機(jī)及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為動(dòng)力源頭，相當(dāng)于機(jī)器人的“動(dòng)力心臟”，由無(wú)框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器、編碼器構(gòu)成，每一個(gè)部件都經(jīng)過針對(duì)性設(shè)計(jì)，以適配機(jī)器人關(guān)節(jié)的狹小空間與高負(fù)載需求。

目前，國(guó)內(nèi)伺服行業(yè)已實(shí)現(xiàn)較高比例的國(guó)產(chǎn)化替代，匯川技術(shù)、雷賽智能等企業(yè)的市占率穩(wěn)步提升，逐步打破西門子、Maxon等海外廠商的壟斷，為具身機(jī)器人的規(guī)模化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

與電機(jī)相輔相成的，是減速器與絲杠這兩類關(guān)鍵傳動(dòng)部件。減速器的核心作用是降低電機(jī)轉(zhuǎn)速、放大扭矩，讓機(jī)器人的關(guān)節(jié)動(dòng)作更平穩(wěn)、更有力，諧波減速器與行星減速器是目前具身機(jī)器人關(guān)節(jié)中的主流選擇，單機(jī)價(jià)值量占比顯著，其性能直接決定了機(jī)器人手臂的負(fù)載能力與動(dòng)作精度。

長(zhǎng)期以來(lái)，海外廠商占據(jù)全球減速器市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，日本哈默納科（Harmonic）在諧波減速器領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)尤為明顯，但國(guó)內(nèi)綠的諧波、中大力德等企業(yè)正加速追趕，憑借高性價(jià)比與快速擴(kuò)產(chǎn)，逐步提升市場(chǎng)份額。

絲杠則承擔(dān)著將旋轉(zhuǎn)扭矩轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)的重要使命，行星滾柱絲杠因其高精度、高負(fù)載特性，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人四肢部位，特斯拉Optimus單機(jī)絲杠價(jià)值量超2萬(wàn)元，隨著機(jī)器人出貨量的提升，絲杠市場(chǎng)規(guī)模將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)恒立液壓等企業(yè)正全力突破技術(shù)瓶頸，探索高性價(jià)比的國(guó)產(chǎn)化路徑。

在機(jī)器人的靈巧操作環(huán)節(jié)，腱繩的作用同樣不可忽視。作為仿生性極強(qiáng)的傳動(dòng)部件，腱繩憑借結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢(shì)，在多款靈巧手中得到廣泛應(yīng)用，其材料選擇直接影響機(jī)器人指尖動(dòng)作的靈活性與耐用性。目前，超高分子量聚乙烯纖維因性能優(yōu)異成為重點(diǎn)驗(yàn)證材料，而鋼絲繩則憑借成本優(yōu)勢(shì)占據(jù)一定市場(chǎng)份額，隨著靈巧手自由度的提升，腱繩及相關(guān)部件的單機(jī)價(jià)值量將持續(xù)增加，其產(chǎn)業(yè)驗(yàn)證進(jìn)展與市場(chǎng)拓展情況，正成為影響具身機(jī)器人靈巧操作能力的關(guān)鍵因素。

機(jī)器人“感知力”——傳感部件

具身智能的核心邏輯，是機(jī)器人通過身體與環(huán)境的交互實(shí)現(xiàn)認(rèn)知與學(xué)習(xí)，而這一過程的前提，是依靠傳感部件捕捉各類環(huán)境與本體信號(hào)，如同人類的神經(jīng)末梢，將外界刺激轉(zhuǎn)化為可處理的信息。

力矩傳感器作為最優(yōu)的力控傳感方案，是機(jī)器人感知力的核心部件，能夠精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)施加在其上的線性力與旋轉(zhuǎn)力，并將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，為機(jī)器人的動(dòng)作調(diào)整提供依據(jù)。在機(jī)器人關(guān)節(jié)中，力矩傳感器幾乎不可或缺，雙手與雙足關(guān)節(jié)多采用六維力傳感器，其他關(guān)節(jié)則以扭矩傳感器為主，隨著具身機(jī)器人的放量，力矩傳感器的市場(chǎng)需求將快速增長(zhǎng)，均價(jià)也有望逐步下降。

目前，全球力控傳感器市場(chǎng)仍由ATI、霍尼韋爾等海外廠商主導(dǎo)，但國(guó)內(nèi)坤維科技、柯力傳感等企業(yè)正加速突破，國(guó)產(chǎn)化率穩(wěn)步提升，為機(jī)器人的力控精度提升提供了支撐。

除了力覺感知，視覺與本體感知也是具身機(jī)器人不可或缺的能力，相關(guān)傳感部件構(gòu)成了機(jī)器人的“眼睛”與“平衡感”。視覺感知依賴RGB相機(jī)、深度相機(jī)、激光雷達(dá)等設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)障礙物檢測(cè)、三維建模與目標(biāo)定位，為機(jī)器人判斷環(huán)境、規(guī)劃路徑提供視覺依據(jù)，禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、奧比中光等企業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用于具身機(jī)器人的環(huán)境感知場(chǎng)景。

本體感知?jiǎng)t依靠慣性測(cè)量單元、關(guān)節(jié)位置編碼器等部件，幫助機(jī)器人感知自身姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確保行走、轉(zhuǎn)身等動(dòng)作的平穩(wěn)性，博世、霍尼韋爾等海外廠商在慣性測(cè)量單元領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)華依科技、華測(cè)導(dǎo)航等企業(yè)也在逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

這些傳感部件的協(xié)同工作，讓具身機(jī)器人擺脫了對(duì)預(yù)設(shè)程序的依賴，能夠?qū)崟r(shí)適配動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自主決策與靈活應(yīng)對(duì)。

機(jī)器人“大腦”——芯片與主控模組

如果說(shuō)驅(qū)動(dòng)組件與傳感部件是具身機(jī)器人的“筋骨”與“神經(jīng)”，那么芯片與主控模組便是其“大腦”，承擔(dān)著數(shù)據(jù)處理、決策規(guī)劃與動(dòng)作控制的核心任務(wù)，直接決定了機(jī)器人的智能水平與響應(yīng)速度。

具身機(jī)器人的控制系統(tǒng)分為具身智能系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng)“大腦”與“小腦”，高算力主控芯片用于“大腦”運(yùn)行VLA模型，處理多模態(tài)感知數(shù)據(jù)、進(jìn)行環(huán)境理解與任務(wù)規(guī)劃，中低算力主控則用于“小腦”，運(yùn)行運(yùn)控算法，實(shí)現(xiàn)高精度軌跡控制與關(guān)節(jié)協(xié)同。目前，高算力主控SoC芯片市場(chǎng)仍由特斯拉、英偉達(dá)、高通等海外企業(yè)主導(dǎo)，但國(guó)內(nèi)地平線、黑芝麻智能等智駕芯片廠商正加速布局，逐步推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化替代。

主控模組作為芯片的載體，其性能與成本直接影響具身機(jī)器人的量產(chǎn)進(jìn)程。當(dāng)前，部分具身智能整機(jī)廠采用搭載英偉達(dá)GPU的工控機(jī)作為主控，但隨著算力需求的提升與量產(chǎn)的推進(jìn)，高算力主控模組的滲透率將快速提高，其算力水平正從當(dāng)前的200-500T逐步提升至500-1000T，同時(shí)算法優(yōu)化正推動(dòng)算力需求向“效能優(yōu)先”轉(zhuǎn)型，避免粗放式算力堆砌。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)通信模組、域控制器模組廠商正橫向拓展至高算力主控模組領(lǐng)域，廣和通、天準(zhǔn)科技等企業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品，正逐步滿足具身機(jī)器人的量產(chǎn)需求。隨著芯片與主控模組技術(shù)的不斷迭代，具身機(jī)器人的決策速度、智能水平將持續(xù)提升，逐步實(shí)現(xiàn)“感知-決策-執(zhí)行”的閉環(huán)能力。

結(jié)語(yǔ)

具身機(jī)器人的崛起，不僅是人工智能技術(shù)的延伸，更是核心零部件技術(shù)不斷突破的結(jié)果。從驅(qū)動(dòng)組件的動(dòng)力輸出到傳感部件的感知捕捉，再到芯片與主控模組的決策控制，每一類關(guān)鍵零部件都承載著技術(shù)突破的使命，每一次技術(shù)升級(jí)都推動(dòng)著具身機(jī)器人向更智能、更靈活、更實(shí)用的方向邁進(jìn)。

未來(lái)，隨著技術(shù)的持續(xù)迭代與產(chǎn)業(yè)生態(tài)的不斷完善，關(guān)鍵零部件的微型化、輕量化、低成本化將成為發(fā)展趨勢(shì)，其協(xié)同性能也將進(jìn)一步提升，為具身機(jī)器人拓展至工業(yè)制造、醫(yī)療健康、家庭服務(wù)等更多場(chǎng)景奠定基礎(chǔ)。