公司前瞻布局人形机器人空心杯电机+精密行星减速器,在滚动丝杆产品方面具备技术先发优势。空心杯电机具备体积小、可控性高、噪音小等优点,契合人形机器人灵巧手需求,公司已具备多尺寸空心杯电机,产品性能领先行业。在首届中国人形机器人产业大会中,公司入选“2024年度人形机器人最具投资价值榜单”,并被授予“人形机器人卓越供应商”。面向人形机器人领域,公司推出了第三代无框力矩电机产品。无框力矩电机是无框中空设计,可以直接嵌入到机械件上实现关节的运转,特点是效率高、安装便捷,同等扭矩尺寸更小、更轻量,能满足协作机器人、人形机器人小型化、轻量化的要求。第三代无框力矩电机突破了“减重”“首创灌封工艺”等技术,相较于二代产品来说,主要提升了20%的力矩,减重达到 30%,性能直接与国际大品牌对标,在磁路和工艺设计方面有一定的技术优势。2023年公司无框力矩电机产品销售接近翻倍增长,销售数量超1.4万台。
目前,全球人形机器人产业爆发,虽然规模性商业落地还需时日,但已经来到了“井喷前夜”。业内专家预测,中国人形机器人市场在2030年市场规模有望突破380亿元。这一趋势不仅推动了高价值、高壁垒核心零部件的发展,也为电机市场带来了新的增长动力。
电机作为人形机器人动力系统的核心,其重要性不言而喻。它不仅为机器人的行走、转动和抓握等基本动作提供动力,还通过精确控制转速、转矩和方向,使机器人能完成复杂的运动任务。随着人形机器人市场的逐步扩大,对高精度、高性能、小型化电机产品的需求也将大幅度的增加。其中,空心杯电机和无框力矩电机因其与人形机器人灵巧手和关节的高度适配性,未来市场发展的潜力尤为广阔。
面对这片蓝海市场,国内外电机厂商纷纷加快布局步伐。国际巨头如美国科尔摩根、德国Faulhabe等企业凭借多年的技术积累,在人形机器人电机领域占据了先发优势。与此同时,国内厂商也不甘落后,积极投身这一新兴市场。鸣志电器、伟创电气、雷赛智能等企业在空心杯电机和无框力矩电机领域已取得显著突破,推出了一系列适用于人形机器人的创新产品。
值得注意的是,一些人形机器人制造商也开始涉足电机自研领域,以提升性能并控制成本。这种趋势不仅推动了电机技术的创新,也为整个行业注入了新的活力,有望使人形机器人领域成为电机行业新的竞争热点。
本文整理了一些国内有代表性的电机制造商及其产品在人形机器人领域的应用。
成立于1994年,2017年于A股上海交易所上市。公司专注于信息化技术应用领域的控制执行元器件及其集成产品的研发和经营,在高精度控制电机及其驱动控制管理系统产品领域拥有尖端技术,是全球运动控制领域的先进制造商,中国运动控制领域的领军企业。
公司在控制电机及其驱动系统领域具有规模效应,公司混合式步进电机产品的全球市场占有率稳居全球前三,已挤身为世界主要制造商,打破了日本企业对该行业的垄断,品牌优势和市场优势明显。
空心杯电机是人形机器人灵巧手关节模组中的核心零部件,公司空心杯电机产品布局较早,2015年已具备相关专利,并通过收购TMotion强化了公司产品的优点,至今已有约9年研发积累,先发优势明确,产业链供应商地位确定性相对来说比较强,有望率先受益。公司作为国内微特电机领军企业,虽然国内外需求仍处于弱复苏阶段,但是人形机器人有望打开新市场空间。
鼎智科技成立于2008年,是一家专门干设计、研发、生产和销售线性执行器、混合式步进电机、直流电机、音圈电机及相关配件的高新技术企业。产品大范围的应用于医疗诊断设备、生命科学仪器等医疗器械领域以及机器人、流体控制、精密电子设备等工业自动化领域。公司凭借多年自主创新开发能力、产品质量优势以及逐步拓宽的产品应用场景,获得广泛的客户基础,产品远销欧美等多个国家和地区,在行业中处于领先地位。
步科股份成立于 1996 年,2020 年在上交所登陆科创板上市,是一家格外的重视自主研发和创新的高新技术企业、专精特新企业。主要是做工业自动化及机器人核心部件与数字化工厂软硬件的研发、生产、销售以及有关技术服务,是中国自动化控制、机器人动力、数字化工厂解决方案领军供应商。
成立于 2006 年,是一家专门干中高端数字控制机床、机器人、新能源汽车核心功能部件等的研发设计、生产制造、销售与维修服务的国家高新技术企业,于 2016 年在创业板上市。公司在机器人核心功能部件领域有深厚的技术积累,通过自主研发攻克了一系列核心技术。
昊志机电主要负责机器人核心功能部件(包括但不限于谐波减速器、无框力钜电机、刹车机构、编码器、电磁快换模块、六维度力钜传感器、控制管理系统、关节模组、末端执行机构(气动手指、快换模块)以及 RV 减速器等机器人领域功能部件)研发、生产、销售等。公司现在存在的产品有谐波减速器、无框力矩电机、驱动器、编码器、力矩传感器等可应用于人形机器人。
昊志机电的无框力矩电机也是极少数能达到6倍过载能力的产品。同时,结合人形机器人在充电上的应用痛点,昊志机电研发出一款无磁槽力矩电机,该产品的设计目的是为了减少电机的铁损,提升电机的效率,以便于使机器人的充放电的时间间隔更长。
成立于 2011 年,以 plc 控制器切入工控市场,业务逐步延伸至伺服、变频器等领域,并不断向工控自动化多层级和产业链上下游延伸。2023 年 11 月,博世集团战略投资禾川科技 2.76 亿元,双方还共同出资设立合资公司。
电机产品的特点:2024 年 5 月发布的 hu - mdb 系列无框力矩电机,具有低温升、高效率、高性能特点,且进行了轻量化、紧凑化设计,可满足人形机器人所需各关节空间。
人形机器人领域应用案例:公司展出过与浙江工业大学合作研发的通用型人形机器人 “yolo” 游龙 01,该机器人身体部件 90% 为禾川科技自制,这中间还包括无框力矩电机,但目前整体还在研发阶段。
公司于2012年成立,总部在北京。产品涵盖CoolDrive系列伺服驱动、TD系列伺服电机,大范围的应用于机器人、数字控制机床等高端智能装备领域。清能德创在人形机器人上的布局比较早,北京人形机器人创新中心是国内首家聚焦于人形机器人核心技术和应用生态建设的创新中心,清能德创作为关键零部件厂商,是创新中心及SAC/TC591/WG2机器人标委会人形机器人标准工作组的核心成员。
清能德创可提供单独高性能驱动器,以及一体化关节模组,可基本满足人形机器人腰、髋、膝、肩等关节的性能要求。GaN驱动技术,高效率、低损耗、高功率密度、高开关频率、高带宽响应,支持多编码器类型,全闭环控制。
作为一个机器人的核心零部件厂商,清能德创也在积极构建人形机器人核心零部件生态圈,将进一步针对人形机器人所需的高爆发、高性能和高功率密度伺服驱动进行系列研发技术和功能优化,推出一系列满足人形机器人不同关节要求的高性能伺服驱动解决方案,为人形机器人共性技术突破提供有力基础支撑。
苏州卓誉电气技术有限公司致力于高端运动控制技术产品的国产化,经过多年技术上的积累,研制出自主品牌的全系列交/直流力矩电机,直流无框电机外径覆盖19-115mm,交流无框电机扭矩覆盖0.01Nm-3000Nm,控制方面卓誉科学技术拥有成熟的全国产化编码器、驱动器及控制器,实际做到了全国产化的驱控一体。
在此基础之上卓誉电气研发了全系列关节模组、一体化直线执行器、防爆电机以及特种定制电机,卓誉全系列新产品支持快速非标定制。卓誉电气同时具备大型并联六自由度机器人及对接类项目的承接能力,已有多项并联机器人的成功实践经验。企业还专注于高端智能装备系统的生产研发,主要应用方向为发动机等大型工件的对接、起竖、装填、检非标装备产线测等。
其高端运动控制产品(直流无框力矩电机)综合性能媲美国际一线品牌,稳居行业前列,已与人形机器人、医疗手术机器人、协同机器人、特种机器人、半导体设备等行业头部用户开展深度合作,为航天三院、四院、中船、中核、中兵、中电科等大型国央企提供装备支持。
脉塔智能自2020成立开始就专注于高精度、高集成度、高扭矩密度的关节模组的研发与制造,电机产品大范围的应用于人形机器人、AGV、机械臂、医疗设施、外骨骼设备等领域,致力于提供高性能、高稳定性、超高的性价比的关节模组产品。为机器人厂商提供坚实可靠的技术保障。
前不久,脉塔智能和鼎智科技联合发布了新一代高性能无框电机,旨在解决人形机器人一体化关节模组的动力性能和成本问题。这款电机融合了多种高精度传感器,编码器单圈精度可达0.01度,并可实现多圈计数。在电磁特性方面,采用分块式定子结构和整体包塑设计,提高散热效果和效率,最高效率可达90%以上。通过优化设计,齿槽转矩比额定转矩小于3%,低压电机最大扭矩/重量比达到10N.M/kg。制造工艺上,采用一体式环氧灌封,提高绝缘等级和散热性能。电机可长时间工作在1.5倍额定扭矩工况下,内置温度传感器便于温度管理。脉塔鼎智通过优化工艺流程、自研设备和模组产品,以及与大客户签订长期协议等方式,大大降低成本,为人形机器人产业降本增效。
人形机器人市场的蓬勃发展为电机行业带来了巨大机遇,但同时也伴随着诸多挑战。国产电机企业面临着技术积累、成本控制、国际竞争等多方面的压力。其中,最为突出的是如何满足人形机器人对电机极高的性能要求,尤其是在追求小型化设计的同时保持高性能和高能效。
为了攻克这些难点,国内电机制造商需要持续加大研发投入,在产品设计、制造工艺、材料科技和电机控制技术等方面不停地改进革新突破。此外,国产电机厂商还需要精准把握市场需求,开发多样化的产品以满足多种应用场景的需求。加强品牌建设和市场推广也是提升竞争力的重要环节。
面对机遇与挑战并存的局面,国产电机企业要通过技术革新、产业优化和战略协作等多维度策略,积极拓展在人形机器人领域的业务版图,提升国际竞争力,实现可持续发展。