在前不久舉辦的Inclusion外灘大會上，人形機(jī)器人成為焦點，來自多家科技企業(yè)的多款新型機(jī)器人亮相。比如，宇樹科技全球首款擁有原地后空翻能力的全尺寸電驅(qū)人形機(jī)器人Unitree H1、四足機(jī)器人Go2均參加了Inclusion外灘大會;田螺云廚和支付寶百寶箱合作研發(fā)的AI烹飪機(jī)器人也參與了Inclusion外灘大會，工作人員稱，可以自動識別食材，根據(jù)食材推薦菜單供用戶選擇，只要按照提示步驟操作，就能收獲一盤菜肴。

目前，全球人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大爆發(fā)，雖然規(guī)模性商業(yè)落地還需時日，但已經(jīng)來到了“井噴前夜”。在人形機(jī)器人系統(tǒng)中，電機(jī)控制系統(tǒng)是核心元件之一，也即將迎來一片新的產(chǎn)業(yè)藍(lán)海。

萬億規(guī)模的人形機(jī)器人市場

當(dāng)前，發(fā)展人形機(jī)器人可謂是天時地利人和。政策方面，無論是國家還是地方，都推出了非常多的人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)和扶持政策。舉一個例子，去年10月，我國工信部印發(fā)了《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，這份文件指出，要加快推動我國人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，為建設(shè)制造強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國和數(shù)字中國提供支撐。

除了國家層面的指導(dǎo)性政策，地方政府也是非常看重人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，目前北京、上海和深圳最為積極。分享一個北京方面的政策，《北京市機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動方案(2023-2025年)》要求，到2025年，北京市機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力大幅提升，培育100種高技術(shù)高附加值機(jī)器人產(chǎn)品、100種具有全國推廣價值的應(yīng)用場景，萬人機(jī)器人擁有量達(dá)到世界領(lǐng)先水平，形成創(chuàng)新要素集聚、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活躍的發(fā)展生態(tài)。全市機(jī)器人核心產(chǎn)業(yè)收入達(dá)到300億元以上，打造國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)集群。另外，北京還于2023年11月在北京亦莊成立了國內(nèi)首個省級人形機(jī)器人創(chuàng)新中心——北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心。

為什么政策如此重視人形機(jī)器人呢?主要還是看中了人形機(jī)器人巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，已?jīng)比較明確的場景有工業(yè)生產(chǎn)、陪護(hù)、家務(wù)、物流、軍事和航天等。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，F(xiàn)igure AI公司最新發(fā)布的人形機(jī)器人Figure 02是最吸引關(guān)注的，這款機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入汽車工廠進(jìn)行測試，德國汽車制造商寶馬此前宣布，首次在其美國斯巴達(dá)堡工廠中使用Figure AI的人形機(jī)器人。Figure 02在持續(xù)數(shù)周的測試操作中，在真實生產(chǎn)環(huán)境中成功將鈑金零件插入車身結(jié)構(gòu)中。據(jù)寶馬集團(tuán)稱，相關(guān)生產(chǎn)步驟需要特別的觸覺能力。Figure 02可以熟練地獨(dú)立放置各種復(fù)雜零件，精度可達(dá)毫米級。

相較于Figure 01，F(xiàn)igure 02的計算能力和人工智能推理能力提高了3倍，手部有16個自由度，能夠攜帶重達(dá)25公斤的物體。每一根手指都由一個集成單元驅(qū)動。同時，大量的電源和傳感器信號布線被包裹在手和手指上，這為其提供了與人類手腕相似的力量運(yùn)動范圍。

在物流運(yùn)輸領(lǐng)域，目前可選的人形機(jī)器人非常多，包括Agility Robotics、1x、Figure AI、Apptronik等多家企業(yè)都已經(jīng)推出相關(guān)方案。美國俄勒岡州立大學(xué)工程學(xué)院孵化的機(jī)器人公司Agility Robotics與知名供應(yīng)鏈解決方案提供商Zion Solutions Group宣布達(dá)成戰(zhàn)略合作，旨在共同推動人形機(jī)器人在工業(yè)環(huán)境中的實用性和系統(tǒng)集成。Agility Robotics研發(fā)的Digit雙足移動操縱機(jī)器人(MMR)專為解決倉儲自動化所面臨的難題而設(shè)計，采用了人工智能模型，能夠快速、持續(xù)地適應(yīng)新的任務(wù)和工作流程。 同時，這款機(jī)器人能夠高效地處理那些單調(diào)乏味的散裝物料搬運(yùn)任務(wù)，同時還能有效地將手動操作和自動化流程緊密連接起來。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2026年中國人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破200億元，到2035年人形機(jī)器人市場規(guī)模有望超過11000億元，成為萬億規(guī)模市場。

人形機(jī)器人里的電機(jī)類型

人形機(jī)器人作為現(xiàn)代智能科技的重要代表，具備模擬人類肢體運(yùn)動和動作的能力，要實現(xiàn)這些能力就離不開電機(jī)。因此，電機(jī)系統(tǒng)被認(rèn)為是人形機(jī)器人發(fā)展的核心賽道之一。

從電機(jī)用量的角度來看，目前單臺人形機(jī)器人的電機(jī)用量超過40個，也會涉及很多電機(jī)類型。比如，步進(jìn)電機(jī)是線性關(guān)節(jié)和眼球控制等系統(tǒng)主要采用的電機(jī)。在線性關(guān)節(jié)里，步進(jìn)電機(jī)能夠快速響應(yīng)指令，使機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地完成各種動作。同時，步進(jìn)電機(jī)還具備較高的效率和穩(wěn)定性，保證了人形機(jī)器人的運(yùn)動平穩(wěn)性和精確性。另外，步進(jìn)電機(jī)在人形機(jī)器人的眼睛部位具有較好的適配性，因此在人形機(jī)器人眼部安裝步進(jìn)電機(jī)是一個理想的選擇。

空心杯電機(jī)則是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)主要用到的電機(jī)，作為直流永磁伺服電機(jī)的一種，最大的特點就是轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，降低了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，同時其質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，從而減少了轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械能損耗。綜合來看，空心杯電機(jī)擁有功率密度高、使用壽命長、響應(yīng)速度快、峰值轉(zhuǎn)矩高、散熱性好等優(yōu)點。特斯拉的人形機(jī)器人Optimus就是空心杯電機(jī)應(yīng)用的一個典型案例。

另外，人形機(jī)器人在控制環(huán)節(jié)還會用到無框力矩電機(jī)，能夠在電機(jī)低速甚至堵轉(zhuǎn)時仍能提供穩(wěn)定的力矩給負(fù)載。在驅(qū)動和動力方面，主要用到的電機(jī)包括有刷電機(jī)、無刷電機(jī)、單相交流電機(jī)、三相交流電機(jī)和直線電機(jī)等。

結(jié)語

與傳統(tǒng)的機(jī)器人相比，人形機(jī)器人在環(huán)境適應(yīng)性、任務(wù)操作多樣性和人機(jī)交互方面具有顯著優(yōu)勢。當(dāng)然，這就要求應(yīng)用于人形機(jī)器人的電機(jī)有著更加精準(zhǔn)高效的控制，以完成更加復(fù)雜的控制邏輯，隨著人形機(jī)器人逐漸釋放潛力，電機(jī)系統(tǒng)有望繼續(xù)升級革新，一起撬動萬億級別的人形機(jī)器人應(yīng)用市場。