在人形機器人行業(yè)蓬勃發(fā)展的大趨勢下，零部件供應商正迎來前所未有的機遇，有望深度受益于這一新興產(chǎn)業(yè)的崛起。在整個人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈中，主機廠雖然在關(guān)節(jié)設(shè)計方面擁有關(guān)鍵的“定義權(quán)”，具體涵蓋人形機器人的自由度設(shè)計、關(guān)節(jié)方案設(shè)計以及關(guān)節(jié)布局位置設(shè)計這三個核心要點，但考慮到規(guī)模效應以及專業(yè)化分工的因素，主機廠實現(xiàn)完全垂直整合的可能性相對較低?！白灾髟O(shè)計、外包生產(chǎn)”模式憑借其靈活性和專業(yè)性，成為主機廠與人形機器人零部件供應商之間更具可行性的合作方式。在這種模式下，一批具備技術(shù)實力和生產(chǎn)能力的零部件供應商將深度參與到行業(yè)發(fā)展進程中，與主機廠形成緊密的合作關(guān)系，攜手共同成長。

從投資角度來看，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)因其在人形機器人成本構(gòu)成中的重要地位和技術(shù)應用的高確定性，成為值得優(yōu)先關(guān)注的關(guān)鍵領(lǐng)域。關(guān)節(jié)模組作為人形機器人成本的重要組成部分，具有較高的價值量。目前，無論是從已有的技術(shù)實踐，還是從各主機廠推出的產(chǎn)品方案來看，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在人形機器人的設(shè)計中占據(jù)主導地位，其技術(shù)路線具有高度的確定性。這意味著在該領(lǐng)域進行投資，能夠在一定程度上降低技術(shù)風險，提高投資回報的可預期性。

進一步細分旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的技術(shù)方案，主要包括剛性驅(qū)動器、彈性驅(qū)動器和準直驅(qū)驅(qū)動器這三大類。其中，彈性驅(qū)動器方案雖然在理論上具有一些優(yōu)勢，但在實際應用中卻面臨著諸多挑戰(zhàn)。引入彈性關(guān)節(jié)會顯著增加控制算法的復雜程度，對研發(fā)團隊的技術(shù)能力提出了更高的要求。而且，這一方案還會增加硬件成本，使得產(chǎn)品在成本控制方面面臨較大壓力。因此，在當前的產(chǎn)業(yè)實踐中，彈性驅(qū)動器的應用相對較少。

剛性關(guān)節(jié)方案則具有其獨特的優(yōu)勢和局限性。該方案通過使用大減速比減速器，能夠產(chǎn)生更大的扭矩輸出，并且在精度控制方面表現(xiàn)出色。然而，為了實現(xiàn)精確的力控制，剛性關(guān)節(jié)方案往往需要增加力傳感器，這無疑增加了成本。此外，剛性關(guān)節(jié)的耐沖擊性較差，在面對復雜多變的工作環(huán)境時，可能會出現(xiàn)故障或損壞，影響機器人的正常運行。

準直驅(qū)驅(qū)動器方案近年來發(fā)展迅速，尤其是在人形機器人領(lǐng)域得到了廣泛應用。早期，準直驅(qū)方案主要應用于四足機械狗，隨著技術(shù)的不斷進步，其扭矩輸出能力逐漸提升，如今已能滿足人形機器人的部分需求。該方案的優(yōu)勢在于可以利用電流環(huán)實現(xiàn)力控，簡化了部分控制環(huán)節(jié)。但由于只能使用小減速比減速器，其輸出扭矩相對有限。不過，隨著技術(shù)的持續(xù)改進，準直驅(qū)方案在人形機器人領(lǐng)域的應用前景仍然廣闊。

在人形機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動中，電機的選擇至關(guān)重要。目前，無框力矩電機是主流的選擇，這主要得益于其設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)的成熟度。盡管此前由于市場需求有限，無框力矩電機的發(fā)展受到一定程度的限制，但隨著人形機器人市場的快速興起，其市場需求正呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。然而，為了進一步提高關(guān)節(jié)的扭矩輸出能力，行業(yè)也在不斷探索新的電機技術(shù)。軸向磁通電機作為一種具有潛力的新型電機，正逐漸受到關(guān)注。與傳統(tǒng)的徑向電機相比，軸向磁通電機能夠提供更高的扭矩密度，其扭矩密度比徑向電機高出約30%，特別適用于對高效率和高轉(zhuǎn)矩密度有嚴格要求的場合。不過，軸向磁通電機在發(fā)展過程中也面臨一些挑戰(zhàn)，例如散熱問題、制造工藝的復雜性以及產(chǎn)業(yè)鏈成熟度相對較低等。盡管如此，部分具有前瞻性的廠商已經(jīng)開始在軸向磁通電機領(lǐng)域進行布局，積極投入研發(fā)資源，致力于克服這些技術(shù)難題，為未來人形機器人的發(fā)展提供更強大的動力支持。

圖表： 軸向磁通電機專利數(shù)量

數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

在人形機器人的傳動系統(tǒng)中，減速器同樣起著關(guān)鍵作用。目前，諧波減速器和行星減速器是人形機器人中應用最為廣泛的兩種類型。這兩種減速器各有優(yōu)劣，在實際應用中，往往會根據(jù)整機的設(shè)計需求進行搭配使用。一般來說，對于那些對扭矩、精度要求極高，且對空間尺寸有嚴格限制的關(guān)節(jié)部位，諧波減速器憑借其在小空間內(nèi)實現(xiàn)大扭矩和高精度傳動的優(yōu)勢，成為首選方案。而在一些對效率要求較高、對成本較為敏感，且對空間大小不太苛刻的關(guān)節(jié)應用場景中，行星減速器則因其高效、低成本的特點，得到了廣泛應用。這種根據(jù)不同需求進行合理選擇的方式，既能夠充分發(fā)揮兩種減速器的優(yōu)勢，又能夠在滿足人形機器人多樣化功能需求的同時，實現(xiàn)成本效益的最大化。

在力控制方面，目前主要存在電流環(huán)方案和力傳感器方案兩種技術(shù)路線。電流環(huán)方案是通過對關(guān)節(jié)電流的測量和估算來間接獲取力矩大小，這種方法的優(yōu)點是不需要額外安裝力傳感器，從而降低了硬件成本和系統(tǒng)復雜度。然而，其精度相對較低，誤差大約在±10%左右，并且在與大減速比減速器配合使用時存在兼容性問題。相比之下，力傳感器方案則能夠直接測量力的大小，精度較高，而且可以與大減速比減速器良好兼容。但該方案的缺點是增加了硬件成本，使得產(chǎn)品在價格方面缺乏競爭力。因此，在實際應用中，低成本方案通常更傾向于采用電流環(huán)控制，以在滿足基本性能要求的前提下，控制成本。而對于那些追求高精度、高可靠性的高端人形機器人產(chǎn)品，則更傾向于使用力傳感器測量，以確保機器人在復雜任務中的精確操作和穩(wěn)定運行。

人形機器人零部件供應商在行業(yè)發(fā)展中占據(jù)著關(guān)鍵地位，有著廣闊的發(fā)展空間。而旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)作為其中的核心部件，其不同的技術(shù)方案和關(guān)鍵零部件的選擇，如電機和減速器等，以及力控制技術(shù)的應用，都將深刻影響著人形機器人的性能、成本和市場競爭力。對于投資者和相關(guān)企業(yè)來說，深入了解這些技術(shù)細節(jié)和行業(yè)趨勢，把握關(guān)鍵投資方向，積極布局相關(guān)領(lǐng)域，將有助于在這個充滿潛力的新興產(chǎn)業(yè)中搶占先機，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。