特斯拉“擎天柱”收益或超自动驾驶,探秘人形机器人的产业链

机械狂人 2022-09-26
3591 字丨阅读本文需 10 分钟

特斯拉即将于本月底公布名为Tesla Bot(特斯拉机器人)或Optimus(擎天柱)的人形机器人,并计划在德州工厂部署数千台,最终可能会扩展到全球数百万台,有望引发新一轮行业变革。

根据2021年“特斯拉人工智能日”展示的信息,特斯拉人形机器人体型和常人类似,身高5英尺8英寸(约1.73m),重125磅(57kg)。

Tesla Bot可负重45磅(20kg),硬举重量150磅(68kg),行进速度5英里/小时(约8km/h)。

特斯拉人形机器人概念图:

资料来源:特斯拉官网

“擎天柱”或明年投产,收益预计超过自动驾驶

在一次TED演讲中,马斯克展望了机器人的未来,他们可以用于做饭、修剪草坪和照顾老人,乃至成为人类的伴侣。马斯克十分看好机器人产业的前景,他认为机器人业务的价值最终可能会超过特斯拉的汽车收入。

在9月30日的“特斯拉人工智能日”上,特斯拉将公布其Optimus项目的原型,并透露该产品的生产可能会在明年开始。Optimus是《变形金刚》系列中的汽车人领袖。

路透社援引机器人专家、投资者和分析师的结论称,特斯拉的人形机器人技术尚有不确定性,并难以控制其成本,不利于投放市场。

谈及特拉斯造人形机器人的原因,这要追溯到四年前马斯克认为其工厂“过于依赖机器人”,实际上,人类在某些工作上的表现要更好。比如,2018年时绒毛机器人造成了Model 3量产速度放缓,这是因为绒毛机器人主要负责将绒毛材质的玻璃纤维垫放到Model 3电池组顶部,但机器人并不擅长拾取绒毛,造成产品线常常失灵。机器人不擅长拾取绒毛,但人类工作者的双手却可以做得更好。

迄今为止,特斯拉已经雇佣了数百个专门为生产汽车而设计的机器人。

Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学)机械工程教授Aaron Johnson说,绒毛机器人是“一个有趣的例子”,它充分说明了一点,即自主性很难推广,看似简单的处理柔软的绒毛材料的任务会遇到巨大的问题,因为它不像刚性部件那样可预测。

行业概览

人形机器人(humanoid robots)是具有与人类似的身体结构和运动方式(双足行走、双手协作等)的智能机器人。

目前人形机器人并没有普遍定义 ,但根据专业书籍《Humanoid Robots》的归纳,人形机器人应当能“在人工作和居住的环境工作,操作为人设计的工具和设备,与人交流”。

在此前提下,人形机器人最终应具有与人类似的身体结构,包括头、躯干和四肢,使用双足行走,用多指手执行各种操作,并具有一定程度的认知和决策智能。

人形机器人是技术难度最高的智能机器人、是机械设计、运动控制、人工智能等领域高精尖技术的综合体现。

其技术难点在于尽可能模仿人的各类场景下“感知-认知-决策-执行”的过程,涉及仿生感知认知技术、生机电融全技术、人工智能技术、大数据云计算技术、视深导航技术等各领域的尖端技术。

行行查数据显示,全球参与者已经有数十年的研发经验,波士顿动力Atlas、本田ASIMO、KAIST HUBO、优必选Walker、Agility Digit均为经典产品代表,已展现出一定的运动能力、执行任务能力和环境适应能力。

最逼真的人形机器人

目前人类对人形机器人的认知大致可以分为两种:一种是身体由金属部件组成但面部无表情的机器人,另一种是尽可能模仿人类外貌的“人形机器人”。众所周知,模仿人类外貌的“人形机器人”更容易融入人类的生活,但是该技术却难以实现。最近,英国机器人制造公司Engineered Arts展示了一款名为“Ameca”的全新人形机器人,这款人形机器人可以栩栩如生的做出人类的很多“面部表情”并能通过面部表达人类的各种情绪,如同真人一般,这款机器人被称为“世界上最逼真的人形机器人”!

机器人为何难以模仿人类的面部表情?

研究表明,人类脸部有30多块面部肌肉组成,而人类的面部表情是面部肌肉的一个或多个动作状态的结果。目前已知的人类面部表情至少有21种,除了常见的高兴、吃惊、悲伤、愤怒、厌恶和恐惧6种,还有惊喜(高兴+吃惊)、悲愤(悲伤+愤怒)等15种可被区分的复合表情。

未装皮肤的Ameca原型机

如果想让“人形机器人”也能表达出和人类一样的面部表情,就必须在人形机器人“脸部”的有限空间内放置无数可移动的部件,并且我们还要能准确的控制它们作出各种动作。而由于人类对“面部表情”非常敏感,哪怕是细微的面部不协调,都会使得机器人的面部表情不自然,从而让人感到毛骨悚然和恐惧;因此,一个简单的表情都要经过复杂的计算和高精度的控制才能使人形机器人能够正确地表达“面部表情”。

Engineered Arts制造的人形机器人“Ameca”是如何解决这一难题的?

首先,Engineered Arts的研究人员为Ameca配备了一系列的传感器,包括摄像头、麦克风、位置编码器以及其它一系列配套的智能电子设备;随后,研究人员再对真人进行3D扫描,获取人体骨骼结构、皮肤纹理和各种表情的参数,并建立3D模型,然后在3D打印机上精确打印出模具,随后再将特制的“类人皮肤”和其他脸部细节的部分安装到模具上。

截至2022年,Engineered Arts的研究人员在Ameca的脸部一共放置了34个活动部件,现在的Ameca可以做出比如喜悦、惊讶、愤怒、困惑、悲伤等非常细致的面部表情。由于加入了AI技术,Ameca展示的每个表情动作都非常的细腻和真实,并且将类似人类的情绪变化都表达了出来。

根据Engineered Arts公司的介绍,Ameca的硬件和软件都采用模块化安装,因此后期可以方便的升级改造。

人形机器人产业链

人形机器人产业或依托较为成熟的工业机器人产业链。

作为通用化程度高、高度集成和智能化的机器人,人形机器人既需要极强的运动控制能力,也需要强大的感知和计算能力。

因此,运动控制和人工智能是人形机器人技术落地的核心难点。

人形机器人核心零部件种类与现有的机器人类似,包括驱动装置(伺服系统+减速器)、控制装置(控制器)和各类传感器。

零部件中成本占比最高的是减速器,其毛利率也最高达到40%,其次是伺服系统(35%)和控制器(25%)。

伺服系统+减伺服系统和减速器环节受益于人形机器人赛道的确定性相对较强;传感器环节来看,与外部环境感知和导航相关的自动驾驶类传感器有望受益。

资料来源:特斯拉、DS Power、行行查

伺服系统

与常见工业机器人2-6的自由度相比,人形机器人通常有30-40自由度,单台伺服电机需求量大幅增加,人形机器人产业化有望推升伺服系统需求。

伺服系统是一种可以精准输出运动状态的驱动系统。

目前,电气伺服系统是最广泛使用的伺服系统。

从竞争格局来看,伺服系统主要参与者包括日系、欧美系和国产厂商。

日系企业包括安川、三菱、三洋、欧姆龙、松下等公司,主要为小型功率和中型功率产品;欧美系品牌包括西门子、博世力士乐、施耐德等公司,在大型伺服具有优势地位。

根据MIR睿工业数据,2021年中国通用伺服市场规模超过230亿元,同比增长超35%。

2021年我国通用伺服厂商占国内市场比例达到42%,市场份额首次超过日韩厂商。

伺服系统国产主要厂商包括汇川技术、埃斯顿、台达、禾川科技、步科和森创等。

资料来源:行行查

减速器

减速器是连接动力源和执行机构的中间机构,具有匹配转速和传递转矩的作用,是机器人使用的精密传动装置,通常1:1配合电机使用。

由于人形机器人结构更接近人形,每个关节受力更加复杂,对减速器负载和电机响应速度要求更高。

精密减速器是具有更高控制精度的减速器,主要应用于机器人、数控机床等高端领域,其种类包括谐波减速器、RV减速器、摆线针轮行星减速器等。

机器人使用的减速器主要为谐波减速器与RV减速器。

谐波减速器

谐波减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波,通过其与刚轮的相互作用,实现运动和动力传递的传动装置。

谐波减速器主要应用在多关节机器人和协作机器人,市场拓展潜力较大。

在谐波减速器市场,日本哈默纳科处于垄断地位,2021年占据了我国市场30%以上的份额。

国内厂商绿的谐波市场份额紧随其后,截止2021年底绿的谐波产能达到了年产30万台谐波减速器的水平。

谐波减速器市场参与者还包括日本新宝、国内厂商来福谐波、同川科技(汉宇集团子公司)、中技克美等。

其中,绿的谐波、来福谐波等已实现规模化量产,可实现进口替代。

RV减速器

RV减速器由于传动精度、扭转刚度等性能差距仍然依赖进口。

在RV减速器市场,日本纳博特斯克处于垄断地位,2021年占据了我国市场一半以上的份额,海外主要厂商还包括日本住友等。

国内主要厂商目前包括双环传动、秦川机床、中大力德、南通振康、珠海飞马、智同科技等数家企业都在大力发展国产RV减速机产品,但在转动精度和传动效率上距离国外产品尚有一定差距。

控制系统

控制系统是机器人的神经系统,用于控制其运动。

目前人形机器人生产规模较小,进入量产后,各家控制器采用自产或外购模式尚不明朗。

控制系统主要参与者包括两类:

一类是主流的大型机器人厂商,自主研发控制器和控制算法,包括ABB、KUKA、发那科、国内的埃斯顿等。

另一类则是专业的控制系统厂商,单独售卖控制器,提供可扩展和二次开发的硬件和软件平台,包括KEBA、贝加莱、倍福、国内的固高科技、英威腾、雷赛智能等。

传感器

人形机器人需要具备对外界环境的识别能力,实现导航、避障、交互等功能,需要使用传感器识别物体、测距等。

识别外部环境主要使用摄像头、激光雷达等传感器,其传感器方案和需求场景与自动驾驶存在类似之处,因此价值量较高的自动驾驶类传感器存在新的机遇。

因此,自动驾驶传感器厂商、机器视觉厂商都是人形机器人传感器的潜在参与者。机器视觉龙头主要包括天准科技等。

人形机器人技术难度大、制造成本高、构造复杂,对零部件厂商的技术要求较为严格。

整体而言,人形机器人赛道处于相当早期的阶段,当前并未形成产业化,各大参与者以研发为主,赛道的参与者主要将其定位为基础研究平台。

部分参与者从特定功能需求出发进行开发(搜救、公共导览、居家服务、物流搬运等),以寻求一定程度的落地。

从产业链发展趋势来看,全产业链模式有望成为未来工业机器人厂商的重要趋势。

包括在上游核心零部件领域取得技术突破、实现国产替代的厂商;中、下游,“核心零部件生产+本体生产+系统集成”的全产业链模式的厂商将会获得优势竞争地位;为工业设备装上“眼睛”的专注视觉核心技术的厂商等。

国内供应商有望凭借成本优势快速切入“本体+零部件”环节,加速关键技术国产替代的进程,完善产业链相关布局。

文章来源: 乐晴智库,未元智慧,智东西

免责声明:凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处本网。非本网作品均来自其他媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如您发现有任何侵权内容,请依照下方联系方式进行沟通,我们将第一时间进行处理。

0赞 好资讯,需要你的鼓励
来自:机械狂人
0

参与评论

登录后参与讨论 0/1000

为你推荐

加载中...