助力人形发展,关节模组进一步升级!!

机器人2024-04-104435机器人技术及应用机器人零部件

 
 

机器人大讲堂获悉,截至2024年3月,国内人形机器人企业数量已经突破百家。


 

随着人形机器人的火热,虽然目前市场技术方案尚未完全定型,但受限于产品结构,加之特斯拉等头部企业的方案探索,已可以初步确定一体化智能执行单元的产品架构。这带来了足式机器人关节模组领域全新的市场机遇。


 


 

由于双足人形机器人关节运动特点和人类关节运动类似,需要进行诸如行走、跑、弹跳等动作,运动速度较快、机动性较好,这使其人形机器人采用集成化方案,对轻量化、紧凑结构追求较高。因此相比其他驱动器,作为人形机器人“心脏”的关节模组,相对需要具有高功率密度、高响应性、高能量利用效率和耐冲击性等特性,这对于关节电机的扭矩、功率密度、响应速度和转速等指标提出了越来越高的需求。


 

在原先,国内电机企业多数处于“量增”到“提质”的过渡期。而目前在人形机器人、精密医疗器械、航空等为代表的新兴高成长赛道拉动下,南京因克斯智能科技有限公司等一批具有硬核实力的国内领军企业开始迅速攻克高端电机技术,多个突破性产品为人形机器人产品带来突破性机会。


 

▍专注人形显成效


 

人形机器人需要什么样的关节模组?因克斯智能科技自公司成立之初并明确定位在足式机器人领域后,就一直在思考和探索这个问题。


 

由于应用需求场景不同,将人形机器人关节与工业机器人、协作机器人关节方案已经形成较大差异。因为工业机器人对精度、寿命要求高,无疑更适合采用传统伺服电机,而人形机器人对控本、减少误差及提升效率、力矩和运转稳定的诉求更强,电机需要小巧,紧凑,轻巧,具有较强的过载能力、高响应能力和可靠性,同时要求质量轻、体积小、扭矩大。


 

同时,因克斯智能还认识到,适用于人形机器人的电机,低能耗和低摩擦损失很重要,因为人形机器人通常需要由电池供电,必须能经受得起苛刻的运行条件,可进行十分频繁的正反向和加减速运行,能在短时间内承受过载。


 

不仅如此,比如机器人在快跑、弹跳时,需要电机具有瞬时爆发式功率输出能力,因此关节电机需具备高过载能力、高动态响应能力。这意味着在进行某些高动态运动时,人形机器人还需要整个驱动器的惯性应尽可能低,电机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态响应时间应短,还有部分场景,人形机器人应用需要高速、高负载运行,这对于电机的功率密度、扭矩提出了较高要求。


 

虽然人形机器人电机对精度要求没有航空等领域高,但需要电机厂商具有较强的设计、调整工艺和大规模制造降本能力,在原先力矩电机全球第一梯队厂商主要被MAXON、科尔摩根、Aerctech、Parher等企业占据,海外龙头布局较早,技术经验积累深厚,产品系列完善。


 

为了快速打破国外产品卡脖子的这一瓶颈,国内足式机器人关节模组领域领军者因克斯智能首先想到的是“工欲善其事必先利其器”,通过快速布局了相关研发生产设备,以提升设计能力和生产能力。


 

机器人大讲堂获悉,目前该公司自成立开始便购买了数控车床、数控加工中心、插齿机、滚齿机、中走丝线切割、内圆磨、偏心轴随动磨等多个生产关键设备,从而具备了关节模组零部件全自产能力,并拥有了1000平米的厂房,实现了目前外企所不具备的快速研发打样能力,让团队具备了极快的研发速度和小批量能力,供货能力定制化速度远超同行。


 


 

此举不仅保证了因克斯智能的项目响应速度,而且很快使得其部分品类的产品性能接近或达到海外龙头水平,尤其高端产品在功率、效率等方面提升明显,专注人形机器人领域的成效逐步显露。


 

▍典型产品特征揭秘


 

据机器人大讲堂了解,因克斯智能科技成立于2022年,以机器人减速电机为核心业务,专注于一体化机器人关节、电机驱动技术、减速器技术三大技术方向,公司成立之前团队已经经过了3年的技术积累,核心团队来自南京航空航天大学,整体实力在足式机器人关节模组领域处于领先。


 

目前,在先发优势下,因克斯智能凭借快速的响应时间和针对性优势,产品已在多家足式机器人公司产品运用。其产品在国内人形机器人产业链具有一定的代表性,展现出了一定人形机器人专用关节电机模组的特点和需求,满足了前文所提到的多个人形机器人产品需求特点。


 

例如因克斯智能一款专用于双足下肢的关节电机EC-A13715-P1-12.67目前市场反响较好,该款电机峰值扭矩达320Nm,输出转速高达130rpm(48V),整体重量仅2.5kg。


 

(EC-A13715-P1-12.67渲染图)

 

另外例如一款编号EC-A10020-P2-24的串级行星系列产品也受到了极大欢迎,该产品峰值扭矩更是达360Nm,输出转速高达110rpm(48V)、但重量仅为2.2kg。


 

(EC-A10020-P2-24渲染图)

 

就这两款产品来看,电机自重较轻的意义不言而喻,能够更好满足人形机器人轻量化、紧凑结构的要求,提高整机质心,减轻四肢的运动惯量,从而提升整机的稳定性、提升整机的运控表现,峰值扭矩和输出转速两个指标往往更是企业选择关节电机的重要因素。


 

(EC-A13715-P1-12.67性能参数)

 

(EC-A10020-P2-24性能参数)

 

因为峰值扭矩大的电机能够为人形机器人提供更强的动力输出,意味着机器人在执行各种动作时,尤其是需要较大力量或扭矩的复杂动作时,能够表现出更强流畅性和鲁棒性。无论是行走、跳跃还是搬运重物,峰值扭矩大的电机都能为机器人提供充足的动力,使其能够轻松应对各种挑战。


 

高输出转速的电机则有助于提升人形机器人的运动速度和反应能力。在需要快速移动或高动态响应的环境中,高转速的电机能够确保机器人迅速而准确地完成指令,提高其工作效率和灵活性。可以帮助伺服控制不需要频繁调参去适应负载宽的速度控制带宽。


 

可以说EC-A13715-P1-12.67和EC-A10020-P2-24这两款同时具备峰值扭矩和输出转速优势的电机,不仅有助于提升人形机器人的整体稳定性和平衡能力,而且由于人形机器人需要时刻保持平衡,特别是在行走或执行复杂动作时,具有优秀峰值扭矩和输出转速的电机能够更好地控制机器人的姿态和动作,确保其在各种情况下都能保持稳定,能减少意外摔倒或失控的风险。这直接决定了其腿足在加速、爬坡或承载重物等任务中的能力,在人形机器人可能需要即将探索的非结构化场景应用中,会带来更多可能性。


 

除此之外,EC-A13715-P1-12.67还采用扁平化、驱控一体设计,更适合人形机器人整体集成,同时支持力位混控模式、伺服位置模式、伺服速度模式、电流(力矩)控制模式、制动模式,同时具有过温、过压、过载保护的特性。


 


 

EC-A10020-P2-24这款产品的独特点则在于,通过加入了双编码器,能快速反馈输出端位置,力位控制性能更优越,同时支持ip68防水、中空 7mm 过线、驱控一体、最高支持90V供电,这意味着该电机内部结构的布局更为灵活和高效,展现出了因克斯智能公司非常强的整体结构优化能力。


 

 

▍结语与未来


由于人形机器人领域作为新兴市场,客户壁垒和资金壁垒尚不算高,已经为国内产业链带来了明确的市场赶超机遇。假如单台人形机器人约配置关节模组电机28个,当人形机器人年销量分别为100万台时,预计相关专用电机模组的年新增市场规模约为140亿~280亿元,将是2022年市场规模的5~11倍,成长性值得期待。


 

目前,我国人形机器人相关专业模组厂商并不算多,根据中国企业数据库企查猫,目前中国电机企业主要分布在江苏省和山东省。截至2023年2月,江苏省共有相关工业电机企业超过3700家,山东省工业电机企业约为3400家。从中国工业电机供给主体区域分布来看,江苏省和山东省电机企业数量相对较高,但集中在消费级、车端市场、工业等市场,在中高端领域国内企业待突破。


 

因克斯智能科技公司由于率先布局了人形机器人双足模组这个高壁垒、新兴领域,掌握先发优势后,相关电机产品目前已经展现出了较好的精密控制、复杂工业环境适应等特征,证明了其有着可以用于人形机器人等高端领域的实力。同时,因克斯智能凭借积累丰富的设备和技术,以及较好的研发能力,已经掌握了完善的一体化技术,正快速获取着人形机器人领域高端客户资源,有望后续持续抢占、突破中高端市场,实现人形机器人产业链上的关键国产替代。