是概念炒作，还是机遇?

　　从目前的情况来看，在仿生人形机器人开发领域较为活 跃的中外厂商及其代表产品有：特斯拉及其Optimus(擎天 柱)、波士顿动力及其Atlas、小米及其CyberOne、优必选 及其Walker X、傅利叶及其GR-1等等。人形机器人的市场规 模逻辑在于替代人工， 一是人口老龄化下的劳动力短缺;二是 特定行业(尤其是重复性低端行业)的劳动成本降低; 三是危 险、高精度要求行业中同等成本下效率和作业能力的提升。

　　而另一个现实是，现阶段，通用人形机器人的量产难度仍 然较大，从特斯拉的视频介绍中可以看到，即使是执行器的设 计也是难度和工作量极大的系统工程。而早在2022年3月，在 本田汽车公司东京总部，仿人机器人阿西莫(ASIMO)正式 宣布退役，结束了长达 22 年的职业生涯，本田方面给出的原 因除了公司发展规划上的转变之外，ASIMO的研发成本也是

　　一个重要的考虑因素。

　　一个市场要走向成熟，技术、产品与应用缺一不可。在 技术层面，人形机器人的核心技术在于人机交互、环境感知、 运动控制，很多领域仍有待攻关和突破。以特斯拉机器人机械 团队自主设计的执行器为例，针对电磁、齿轮组选择和参数 化、定制电机设计等主要环节，需要持续进行仿真测试和演 练，得出最佳的机器人运动学参数，并不断优化执行器的结构 和封装，在机器人系统的集成工作量呈指数型增长的趋势下， 完成简洁、紧凑的封装设计，最终促成整体系统交付时间的加 快，这对于规模化应用是至关重要的。

　　在产品层面，应用成本是一个关键点，马斯克在特斯拉 的开放日上提出，特斯拉人形机器人的最终售价将下降到2万 美金以下，与目前产业链的成本来看，还有很大的降本空间， 但也是目前最有可能实现商业化落地的厂商。在应用场景方

图 1 全球典型仿生人形机器人一览（资料来源：网络公开信息）

　　面，工厂生产、生活服务、勘探、救援及科研是目前这类厂 商重点开拓的目标市场，而从应用规模来看，工厂生产和生 活服务是最有可能引发人形机器人大批量应用的主力市场， 特别是前者，因为后者还牵涉到人类情感接受和社会融入等 议题。无论是从特斯拉本身的工厂发展，还是最近日本机器 人初创公司Telexistence与富士康建立合作伙伴关系，进行下 一代机器人模型“GHOST”的大规模生产，都反映出全球制 造业对机器人的需求已是迫在眉睫。

　　综上所述，可以看出，仿生人形机器人的开发大多数 还处于商业化的初级阶段，特斯拉等一批厂商是这一领域的 风向标。但着眼于未来，仅仅满足“替代重复性劳动”的应 用标准，特斯拉一类超级工厂的使用需求并非空中楼阁，人 形机器人市场也许并不遥远，紧跟趋势，挖掘新的机会和商 机，加快布局人形机器人产业供应链，也是中国制造业高质 量发展的一个重要方向。

　　电驱动力系统助力商业化

　　从整个人形机器人的构造来看，肩、手、腿三个部位的 动力系统最为关键，它们所牵引的关节活动能力直接影响到 机器人全身的灵敏度。在技术开发上，这些动力系统大致又 分为液驱和电驱两种方式。

　　特斯拉等厂商采用的电驱方式中，肩部一般采用的是旋 转执行器、腿部用的是线性执行器、手部则强调灵巧手设计 (图2)。具体来看内部的零部件，在肩部关节的旋转执行器中，包括谐波减速器、无框力矩电机、力矩传感器、轴承;在 腿部的线性执行器中会有无框力矩电机、力矩传感器、滚珠丝 杠、轴承;为了保证人形机器人手部的灵活性，要用到空心杯 电机、步进电机、多级行星减速器、滚珠丝杠、触觉传感器、 力矩传感器、红外探测器等等。

　　与其不同的是，波士顿动力在人形机器人的动力系统中 采用的则是液压驱动方式，Atlas机器人包含28个液压驱动器 来提供动力，驱动器为充满加压流体的气缸，以很大的力驱动 活塞;定制化伺服阀优化设计演变得更小、更轻，Atlas内部 由流体管线连接液压驱动器。

　　两者比较而言，电驱方式对比液驱方式主要的劣势在于 力密度(更大的力密度带来人形机器人更优质的运动性能)， 并且液驱更大的惯量也可保障人形机器人的运动更加平稳，这 些使得电驱目前在人形机器人领域仍无法完全取代液驱方式; 但就产业化发展而言，电驱有望替代液驱实现高运控性能，以 低成本优势打开消费市场。电液驱动在惯量比、响应速度、力 密度等方面具备显著优势， 而伺服电机系统通过电机性能迭 代、精密减速器优化等途径，未来3-5年内有望在各项指标上 实现突破，且目前国内外厂商及科研院所在的各环节均发力研 发，考虑到电驱在成本、维护、体积重量等方面均优于液驱， 因此这一技术路线将会是商用人形机器人的不二选择。

　　在电驱方案中，以特斯拉人形机器人的BOM表为例， 据统计，各类零部件的价值分布大致上分别为：各种电机占 29%，滚珠丝杠占9%，谐波减速器占6%，力矩传感器占 3%，行星减速器占2%。由此可见，步进电机、无框力矩电机 和空心杯电机等，以及各种减速器、传感器等都是仿生人形机 器人运动控制的核心部件。

　　在电机方面，有厂商表示，在人形机器人大关节的使用 上，无框力矩电机产品可以满足其功能需求，未来需要看不同 厂家对人形机器人呈现的产品形态，可能会在尺寸和功率段内 有一些差别和调整，但是从无框力矩电机的基础设计和工艺来 看，可能没有特别大的差别。

　　空心杯电机主要应用在人形机器人的手部，它是直流永 磁同步电机的一种，也是小功率段功率密度较大的一类电机。 在此基础上，新的产品形态也在出现，以因时机器人推出的微 型伺服电缸为例，它是一种小型一体化直线伺服系统，其内部 集成了高精密减速器、高性能空心杯电机、丝杆机构、传感器 以及伺服控制系统，在保证更小体积的基础上实现驱控一体化，具有体积小、精度高、负载大等技术特点。基于这一技术 开发的仿人五指灵巧手依靠的是内置的六个微型伺服电缸，可 实时反馈手指的受力情况，以实现对每一个手指抓握力的实时 控制，并可对不同软硬程度、不同形状、不同尺寸、不同材质 的物体具有更好的适应性和交互安全性。

　　步进电机则是一种可以控制旋转角度和位置的电机，适 用于机器人的定角度运动。它通过脉冲信号驱动来控制步进角 度，具有结构简单、体积小、承载力强等特点，多被应用于人 形机器人的定位和步进运动中。

图 3 仿人五指灵巧手（图片来源：因时机器人官网）

　　机械传动模组化形态兴起

　　减速器连接动力源和执行机构，它将传动设备在高速运 转时的动力，通过齿轮比传动(输入轴上的小齿轮啮合输出轴 上的大齿轮)或是差齿传动(由于输入端和输出端齿轮数量 差异产生减速)，达到降低转速和增大扭矩的目的。人形机器 人对减速器的精度、体积重量、减速性能等均提出了很高的要 求，要模拟人类的运动模式，就需要具备高精度、高稳定性的 特点，且减速器必须轻量化，因此在人形机器人的膝关节、髋 关节等大关节处，RV减速器具备良好的应用前景，它是传统 摆线针轮和行星齿轮传动装置的一种新的混合型产品，RV减 速器的传动比较大;而在小关节处，谐波减速器是较为理想的 解决方案。

　　也有厂商认为，谐波减速器具有体积小、传动比大的优点，但是在抗冲击能力方面稍差;行星减速器则具备刚性大、 抗冲击能力强、价格低的优势，但速比大小直接影响到体积 大小，所以空间上受限;从技术角度出发，两者都可以实现在 人形机器人上的应用，但都会做出特殊的设计调整，不是以单 个零件的模式，而是以模组化形态融入，令精度更高、体积更 小。

　　此外，值得关注的还有人形机器人产业化所带来的滚珠 丝杠的市场需求，在特斯拉目前尚未公布的线性执行器具体方 案中，人们预测的可能方案有两种： 一种是4个滑动丝杆+8个 行星滚柱丝杠;另一种是14 个滚珠丝杠。根据专业机构的统 计， 2022年全球滚珠丝杠的市场规模约为20.4亿美元，如果 不考虑人形机器人产业化，预计行业将保持低速稳定成长，到 2029年，市场规模有望达到30.9 亿美元，2023年至2029年 的年复合增速为6.1%。

　　主要核心零部件厂商动态

　　从目前国内产业界来看，真实的情况是大部分厂商并没 有真正进入人形机器人市场供应链，还处在技术跟踪、密切关 注的状态。在公开信息中，只有鸣志电器等少数几家企业透露 有获得该领域头部企业的关注以及合作意向，全套技术方案及 样机正在做可靠性及实际应用的测试验证。

　　昊志机电目前应用于机器人领域的产品包括数控系统、 谐波减速器、DD电机、驱动器、编码器、六维力矩传感器、 刹车机构、机器人关节模组、低压驱动、末端执行等，但公司 生产的谐波减速器等产品目前尚未应用于人型机器人领域。 公司凭借在机器人领域深厚的技术积累，以及通过与瑞士 Infranor集团研发人员的交流、学习和合作，先后攻克了智能 机器人用“高性能谐波减速器”、“高精度编码器”、“一体 化关节模组”、“六维力传感器”、“控制系统”等一系列核 心功能部件技术。未来，公司在机器人领域产品方面将继续深 化减速器等产品研发，加强协作机器人市场开拓力度，拓展公 司减速器等产品的下游应用领域，包括工业应用领域以及医美 业领域，推进产品的产业化生产。

　　步科自动化开发的无框力矩电机可用在人形机器人的大 关节上，公司目前正在密切跟踪特斯拉整体产品的开发情况， 并且也在和一些客户进行相关产品的共创工作。在技术方面， 无框力矩电机在磁路和工艺设计方面都会有一定的技术要求， 随着公司产品规模的扩大和工艺的创新，产品会存在一定降本空间，力争使公司的无框力矩电机产品的售价更具竞争优势; 同时公司还开发出了多系列的电机产品，使得产品规格、尺 寸、功率等覆盖面更全，以满足不同客户的需求，据介绍，目 前公司的第三代无框力矩电机产品可以对标国际领先产品，部 分型号已具备一定优势。

　　鸣志电器在人形机器人应用领域专注于手掌模组及指模 所用的控制电机模组的研发和制造。据悉，基于公司已具备了 该类控制电机模组的核心研发与制造技术，因此获得了该领域 头部企业的关注以及合作意向，公司目前已经向该领域头部客 户提交了全套技术方案及样机，供客户做可靠性及实际应用的 测试验证。

　　中大力德在近期的投资者关系活动中表示，公司长期深 耕于工业自动化领域，目前在机器人部分主要围绕工业机器人 和协作机器人展开，不断开发新的应用场景，并且针对人形机 器人这一目前热点话题，公司也在时刻保持高度关注。

　　江苏雷利称，公司微型行星滚柱丝杆、滑动丝杆可以用 于人形机器人，其中滑动丝杆技术含量最高，主要用于重负 荷、主关节，公司的产品在样品测试阶段已得到客户认可，目 前已经完成开发并在成本上实现突破，量产时点需根据客户进 度确定。

图 4 小米 CyberOne（铁大）（图片来源：小米官网）

　　机器人新浪潮时代来临

　　按照马斯克的计划，特斯拉人形机器人有望在3-5年时间 内交付，产量可达到数百万台，价格可能不到2万美元，这也 许是人形机器人和人类社会最近的一次距离。人形机器人之 所以能够成为今年以来除ChatGPT人工智能新技术之外的又 一个热点，自然有其市场及资本运作的规律在做支撑，但从 实业角度出发，看见未来，未雨绸缪，也是每一位企业家的 职责所在。就像马斯克的星链项目即使一次次的失败，但大 多数人并不会嘲笑视之，而是非常钦佩他的勇气，他颇具远 见和独特的商业模式也获得了愈来愈多投资者的青睐。人类 对未来的探索从未停止，每一次成功的背后都是以千万次的 挫折为代价，人形机器人的开发也是一样，它是对人类本身 资源缺陷的一次大胆尝试。实际上，除了本文重点探讨的运 动控制技术及核心部件的研发之外，人们有理由相信，在AI 算法的持续迭代、包含激光雷达在内的多模态视觉感知模组 在机器人领域渗透率的不断提升，以及电驱系统性能不断升 级的助力之下，人形机器人将在不久的未来真正打开C端消费 市场的空间。在这一新的赛道上，工控自动化企业将迎来又 一次的产业革新，新的产品形态、新的产业生态圈，将会以 令人称奇的速度涌现在人们面前。