量產在即,運控部件 為人形機器人市場放量夯實基礎

文:組編 / 編輯部2025年第二期

隨著具身智能(Embodied AI)大模型研發的突飛猛進,以及總體物料清單成本(BOM)的快速下滑,推動2025年有望 成為人形機器人市場的量產元年。在運動控制核心零部件方面,包括無框力矩電機、無刷空心杯電機、精密減速器、行星滾柱 絲杠、六維力矩傳感器、關節模組、靈巧手等產品方案的降本、減重工作,成為了降低整體系統成本的一個關鍵環節。

組編 / 編輯部

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近期,在國際投行摩根士丹利發布的《人形機器人 100:繪制人形機器人價值鏈圖譜The Humanoid 100: Mapping the Humanoid Robot Value Chain》研究報 告中,構建出中國人形機器人市場的預測模型,以評估 中國市場的潛力:預計到 2030年、2040年及2050年, 中國人形機器人市場規模將分別達到 120億元、1.043萬 億元、6萬億元人民幣(圖1);到2030年、2040年、 2050年,人形機器人銷量將分別達到5.8萬臺、740萬 臺、5900萬臺(圖2)。

此外,摩根士丹利還認為大幅降價對于人形機器人打 入大眾市場至關重要,預計平均售價(ASP)和物料清單 成本(BOM)將分別以 8% 和 11% 的復合年增長率下降 (圖3)。


2025——人形機器人量產元年
就在3月21日, 馬斯克在特斯拉全體會議上證實, 人形機器人Optimus今年將進入試生產階段,目前已經 實現在弗里蒙特工廠的試點生產線上生產Optimus機器

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                                宇樹機器人 Unitree H1: 一歲半“出道”上春晚(圖片來源:宇樹機器人官網)



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人。馬斯克表示,特斯拉正在訂購足夠的零部件,今年的 目標是生產5000~10000個Optimus人形機器人;特斯 拉的目標是在2026年生產5萬個。此外,馬斯克預測,當 Optimus的年產量達到100萬臺時, 單價有望降至2萬美 元(現匯率約合 14.61萬元人民幣),但他并未透露具體 實現該產量的時間節點。
從2024年全球各家公司陸續推出人形機器人原型 機,到 目前為止, 僅僅只用了 短短 一 年左 右的時間, 就迎來了人形機器人清晰的量產時間表:在海外, FigureA I計劃未來4年將量產10萬臺人形機器人;1X Technologies則預計2025年量產數千臺NEO雙足機 器人,2026年規模化量產,2028年達到數百萬臺量 產目標。在國內部分, 宇樹科技在2月全球開發者大會 (G DC)之后預售量激增,預計下半年產能爬坡至月均 千臺;優必選計劃在2025年底前啟動大規模生產,并交 付500至1000臺Walker S系列工業人形機器人,其中超 過60%是即將推出的新型號Walker S2;而截至2025年1 月,智元機器人累計下線量已達1000臺,其中雙足機器 人731臺,輪式機器人269臺(見表1)。
之所以能夠如此迅速地達到量產階段,市場需求一定 是最大的誘因。那么,人形機器人市場究竟在哪里?從目 前情況來看,汽車制造——是人形機器人真正落地的首要 場景:特斯拉Optimus Gen3在自己的電動汽車工廠里已 經能執行電池分揀、設備調試、工具操作等任務,替代人 工效率提升30%,未來預計還可以在車間完成如焊接、 噴涂等危險或重復性工序;現代汽車集團稱,將在未來幾 年購買數萬臺波士頓動力機器人;奧迪一汽新能源汽車生 產基地近日宣布試運行工業人形機器人,執行空調泄漏 檢測任務;豐田、比亞迪、奇瑞、東風柳汽、小鵬、理想、廣汽、埃安、長安、小米、賽力斯等車企也紛紛制定 出自己的人形機器人項目時間表。在汽車工業加速新能源 化、智能化轉型的當下,人形機器人憑借與汽車制造高度 的技術同源性以及供應鏈的重合,成為了緩解熟練技術工 人短缺壓力、提高生產質量并有效控制制造成本的一個優 選項。

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其次,在技術因素方面,圍繞如何降低人形機器人的 物料清單成本(BOM),近一年來,在各個核心零部件 及模組環節的開發上都取得了很大的進展,包括精密減 速器、伺服、無刷空心杯電機、無框力矩電機、六維傳 感器、關節模組、靈巧手解決方案等在內,  一批國內外 供應廠商從研發快速切入至量產階段,為人形機器人總 體成本的下降提供了有力支撐。更重要的是,具身智能 (Embodied AI)大模型研發的突飛猛進,推動2025年 有望成為人形機器人的量產元年。


具身智能加速人形機器人進化

具身智能(Embodied AI)最早由艾倫·圖靈于1950 年提出,其核心定義為:物理實體通過與外部環境持續交 互而不斷增長的智能。
   
具身智能強調的是“大腦-身體-環境”三位一體,人   形機器人作為具身智能實現的一類理想載體,“大腦” 負責高層決策與意圖理解(如大語言模型),“身體” 通過傳感器與執行器實現物理交互(如機械臂、仿生關   節),“環境”提供動態反饋與訓練場景(如仿真平臺、   真實物理空間) ——三者協同構成閉環,使智能體能夠通   過試錯學習適應各種復雜任務,可以說,具身智能令到   傳統機器人基于深度學習模型而具備了推理和自主決策   的能力。
目前,具身智能的技術實現路線大致有兩種,一種是 分層決策,由具身“大腦”和“小腦”分開解決感知、決 策、控制功能;另一種是端到端, 一個模型囊括所有過程 (VLA大模型)。這兩條技術路線各有優劣,分層決策技 術路線可使用已有技術快速組合迭代,而端到端技術路線 簡潔直接,也是目前大多數廠商采取的開發路線,但技術 發展仍處于不斷演進之中。
人形機器人公司Figure在今年二月宣布推出自主研 發的通用視覺-語言-動作(VLA)大模型Helix,它首次 采用“系統1(S1)”與“系統2(S2)”的雙層解耦架 構,前者以高速反應式視覺運動策略轉化為精確的連續動 作, 后者基于互聯網預訓練的視覺語言模型(VLM) 處 理場景理解和語義推理,這一使得Helix既能實時執行動 作,又能應對復雜情境的泛化需求。
谷歌Gemini Robotics同樣也是一個端到端的視覺- 語言-動作(VLA)模型,它直接連接了強大的具身推理 能力和機器人的底層控制,能夠快速、準確地控制機器人 完成各種復雜的操作任務,并由云托管的 VLA 骨干網絡 和運行在機器人板載計算機上的本地動作解碼器組成,這 種架構設計有效降低了系統延遲,實現了 50Hz的有效控 制頻率,讓機器人的動作更加流暢、反應更加迅速。
3月, 上海機器人初創公司智元機器人正式發布智元 啟元大模型GenieOperator-1(GO-1),被稱為中國 首個通用具身基座模型,其提出的Vision-Language - Latent-Action(ViLLA) 架構, 由VLM(多模態大模 型) +MoE(混合專家)組成,其中VLM借助海量互聯網 圖文數據獲得通用場景感知和語言理解能力,MoE中的 Latent Planner(隱式規劃器)借助大量跨本體和人類操 作視頻數據獲得通用的動作理解能力,MoE中的Action

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Expert(動作專家)借助百萬真機數據獲得精細的動作 執行能力,三者環環相扣,實現了可以利用人類視頻學 習,完成小樣本快速泛化,從而降低了具身智能的“門 檻”,并成功部署到智元多款機器人本體上持續進化。


運控核心部件協助降低系統成本

從目前運動控制業內反映來看,多數企業認為仿生 (人形/四足等)機器人是2025年具有增量預期的一個市 場,需要緊跟下游市場趨勢,積極推動無框力矩電機、無 刷空心杯電機、精密減速器、行星滾柱絲杠、六維力矩 傳感器、關節模組、靈巧手等產品方案的降本、減重工 作,成本是人形機器人發展到下一個階段的重要議題,企 業應加大研發投入力度,為市場真正放量夯實產品和技術 基礎。
人形機器人是一套復雜的系統工程,由各種類型的零 部件所構成,以特斯拉Optimus人形機器人為例,其中包 括旋轉關節、直線關節、靈巧手組件方案、“大腦”主控芯 片、電池,以及布滿全身的感知系統等等。在運動控制部分,無框力矩電機和靈巧手組件方案(主要用到無刷空心 杯電機)在總體BOM清單中的占比較大,分別約占到20% 和15%左右,也是降低整體系統成本的一個關鍵環節。
除此之外,現階段人形機器人在開發上也面臨諸多的 挑戰,例如:需要在小體積空間內輸出最大的力矩,這對 于電機的轉矩密度和功率密度提出了更高的要求,以實 現高效的能量轉換;由于電機齒槽以及永磁體的物理屬 性,會周期性地產生齒槽轉矩,由此引發電機的震動和噪 音,影響機器人的正常運行等等。此外,靈巧手是人形機 器人實現物理操作、執行和控制的核心組件,目前仍存在 著體積笨重、噪音大、抓取力量小、精度低、反饋及運行 速度慢、壽命短、交付周期長、價格高昂等缺陷,尤其是 靈巧手頻繁的快速、變速動作,需要空心杯電機具備優秀 的轉速和轉動慣量性能。
基于對市場的深入觀察,雷賽智能憑借二十余年運動 控制研發經驗和工藝應用積累,聚焦人形機器人、協作機 器人及AGV/AMR應用領域,制定了“三步走”的開發策 略,即:短期內重點圍繞核心零部件研發生產,其中以無 框力矩電機和空心杯電機為主;中期將對這些核心零部件 進行有機組合,打造模塊化、集成化的組合方案;長期則 瞄準集小腦、手、眼、身于一體的運動控制整體解決方 案,為人形機器人的商業化提供技術支持。
雷賽智能推出的新一代FM2高密度無框力矩電機, 通過磁路優化和全新的灌封工藝,在功率密度、續航能 力、超低溫升等性能指標上都有了顯著的提升。今年3 月,雷賽智能隆重發布了DH系列靈巧手解決方案,首款 “普及型”DH116靈巧手解決方案具備11自由度(其中 6個為主動自由度),標配6個觸覺傳感器,最大負載可 達全球領先的40Kg,自重僅490克,特別適合于工業自 動化與商業自動化等大批量、低成本應用場景,據悉, DH116將于今年Q2進入小批量生產和試銷測試階段。
另一方面,偉創電氣是《人形機器人用空心杯電機 技術要求》(T/CIET653-2024)團體標準的起草單位之 一,該項團體標準由中國國際經濟技術合作促進會標準化 工作委員會聯合通標中研標準化技術研究院共同組織,旨 在加快推動我國人形機器人技術在農業、物流等重點行業 應用落地,提升人機交互、靈巧抓取、分揀搬運、智能配 送等,促進產業高質量發展。偉創電氣開發的ECH系列直流無刷空心杯電機系統將驅動器、減速機、編碼器和電機 高效整合,形成了一套先進的多規格直流無刷空心杯電機 系統,適用于人形機器人仿真手指關節應用場景。


真正商業化仍需假以時日

不得不承認的是,人形機器人“賽道”已相當擁擠, 產業鏈上各個細分行業內的融資動態活躍,無論是在本 體,還是零部件、組件方案市場上,各種類型的廠商齊 聚,技術方案各具特色,百花齊放,人形機器人量產階段 已漸行漸近。
然而,規模量產并不一定等同于商業化,就目前來 看,人形機器人面向的市場仍以To B端為主,例如科研 高校、國企和大型車企等,要想真正邁向To C端的商業化 階段,還有很長的一段路要走,正因如此,近期也有部分 專業人士以及投行從業者在為當下人形機器人和具身智能 的開發熱潮潑“涼水”, 畢竟, 排除價格因素之外, 人形 機器人要從專業化走向通用化、泛用化,才會真正迎來商 業應用的“春天”。

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