
目前,国内人形机器人领域涌现出一批具有代表性的企业,包括优必选、宇树科技(Unitree)、智元机器人、傅利叶智能和众擎机器人等。这些企业在产品研发、技术应用和市场推广方面表现突出,推动了人形机器人产业的快速发展。
人形机器人产业链生态尽管国内人形机器人起步较晚,与波士顿动力、特斯拉等国际领先企业相比,部分技术成果实现的时间略显滞后,但近年来国产人形机器人产业发展迅猛,呈现出强劲的追赶态势。这种快速崛起离不开完整的产业链生态支持。
从产业链结构来看,人形机器人产品链主要分为以下三个环节:
上游:基础组件和软件包括精密减速器、伺服电机、传感器、丝杠、电池、电子元器件等。
中游:整机制造集中于机器人本体研发与生产。
下游:应用场景涉及工业、服务、医疗、教育等多个领域。
人形机器人应用场景目前,人形机器人已在多个领域实现了实际应用。例如:
优必选 Walker 系列机器人Walker 系列已在工厂、汽车制造等场景中投入使用,Walker X 更是针对家庭服务进行了优化,能够帮助老人如厕、用餐,甚至完成清扫房间、烹饪等复杂任务。
乐聚“夸父”机器人该机器人具备智能家务处理能力,例如根据衣物材质选择洗涤模式、自动投放洗涤剂,甚至完成晾衣、浇花等任务。
这些应用的实现离不开上游硬件和软件的持续进步。
上游核心硬件:电机驱动系统作为人形机器人运动的核心,电机驱动系统在整个机械结构中扮演着至关重要的角色。伺服电机是其中的关键部件,能够将电信号转化为精确的机械运动,为机器人关节提供动力。根据电机类型,常见的电机包括:
传统伺服电机
永磁直流伺服电机永磁无刷直流伺服电机永磁交流伺服电机这些电机以高响应速度和精准控制著称,适用于机器人关节和四肢的驱动。特种伺服电机
无框力矩电机:适合紧凑型关节模块。空心杯电机:体积小、重量轻,适用于小型机器人关节。电机驱动系统的构成人形机器人的电机驱动系统主要由以下三部分组成:
电机本体提供机械动力。
驱动系统包括控制芯片、电源模块、信号采集模块、功率放大器等,用于实现电机的高效驱动。
编码器提供位置和速度反馈,确保电机运动的精确性。
国内外电机控制芯片的进展目前,电机控制芯片是驱动系统的核心,负责数据采集、信号处理和指令下发。国际市场上,以下几款实时控制芯片表现突出:
TI C2000 系列ST STM32G4 系列瑞萨 RA8 系列英飞凌 PSOC 系列国内厂商也在这一领域取得了重要突破,例如:
极海 G32R501 系列 MCU集成高实时算力和灵活控制外设,适用于机器人关节控制。
先楫半导体 HPM6E8Y 系列 MCU基于 RISC-V 双核架构,主频高达600MHz,支持高速通信和精确运动控制。
兆易创新 GD32 系列 MCU支持高精度电机控制算法,优化闭环运算效率。
纳芯微 NS800RT 系列提供高性能的实时控制能力,适配人形机器人和工业自动化领域。
编码器与反馈控制在电机驱动中,编码器是实现闭环控制的关键。它能够提供以下三类反馈信息:
位置反馈确保机器人关节的精准定位。
速度反馈保持运动的平稳性。
闭环控制提高系统的稳定性和抗干扰能力。
未来发展趋势随着人形机器人市场的快速扩张,电机驱动系统也将朝以下方向发展:
更高精度与响应速度满足复杂场景对机器人动作精度和快速反应的需求。
集成化与小型化将电机、驱动器和传感器集成在关节模块中,提升系统紧凑性。
与 AI 深度融合通过机器学习算法优化电机控制策略,适应多样化任务需求。
多模态感知融合集成视觉、力觉、触觉等多种传感器,实现更自然的交互和控制。