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灵巧手调研-灵巧之手
灵巧手深度研讨-灵巧之“手”
全文摘要
在这次讨论中,专家们深入探讨了灵巧手领域的前沿进展,特别强调了灵巧手研究的全面性和深度。灵巧手在人形机器人中的关键作用被突出,其技术上的突破被认定为决定机器人功能上限的重要因素。对话覆盖了灵巧手的定义、技术趋势、主要开发者以及市场潜力,指出零销售市场及核心部件的进步。驱动、传动、控制和感知四大模块的讨论,揭示了不同解决方案的优劣。强调了灵巧手作为机器人成本核心部分的潜力,预计将迎来快速迭代和提升。此外,投资机会与市场广阔前景也被提及。讨论不仅聚焦于当前技术焦点,也预见到未来发展方向,为参与该领域的公司指明了机遇与挑战。
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● 00:00 灵巧手技术在人形机器人领域的最新进展与投资机会
本专题全面分析了灵巧手在人形机器人领域的定义、结构、关键技术方向与方案,以及市场空间的详细评估。灵巧手作为决定机器人功能上限的核心部件,其成熟度和发达程度直接影响精细化操作的能力,同时对协作机器人功能增强和应用场景拓展具有重要意义。观察显示,未来两年内,主机厂和内部机厂商正计划发布成熟方案并快速迭代,预示着灵巧手功能与方案将迎来显著提升,这将带来巨大的投资机会。
● 02:40灵巧手技术趋势与市场参与者分析
对话围绕灵巧手销售的四个主要模块——驱动、传动、控制和感知进行讨论,指出混合机械方案因其在自由度和承载力方面的优势,成为当前趋势。短期内,空心电机减速器加滚珠丝杠和连杆方案预计将率先应用,满足工业需求。中长期则趋向于更高级的机械混合方案,以提升自由度和负载力。在感知方面,触觉传感器和关节力编码器将增强数据收集与反馈,优化控制系统。视觉传感器的应用也被视为未来方向,尽管其对数据和算法的要求较高。目前,技术路线尚未完全确定,低难度且实用的方案正快速推广,而高难度技术则满足更广泛需求。市场参与者包括本体厂商、专门的灵巧手销售公司和零部件厂商,各自在机械手领域展现出特色方案和技术集成能力。商业模式方面,厂商不仅提供集成方案,还涉及代工和核心零部件销售,展现了灵活性。
● 09:15 灵巧手在人形机器人中的应用及发展趋势
汇报内容聚焦于灵巧手在人形机器人中的关键作用及其构成,包括驱动、传动等机械方案及其特点。探讨了主流厂商在灵巧手方案、性能产业化进展,以及传感器技术路线和量产方案。此外,还分析了灵巧手的成本构成和市场空间,以及其对利润弹性的贡献。灵巧手在人形机器人成本中占比预计可达20%至30%,且其方案将根据具体应用场景进行定制化开发,以满足不同精度和负载需求。
● 11:31 机器人灵巧手的技术挑战与核心指标
机器人灵巧手的目标是模仿人类手的灵活性和功能,具有21至27个自由度,与人类手的自由度相近。实现这种灵巧手的难度在于在有限空间内实现高自由度,并满足高精度、负载能力、寿命和感知能力等关键性能指标。其中,重复定位精度、负载能力和使用寿命是主要挑战,而感知能力则依赖于触觉传感器的灵敏度。此外,灵巧手的设计和材料选择也至关重要,需考虑轻量化和耐用性。
● 14:51 灵巧手技术在机器人产业的快速发展
随着原型机械产业的进步,身体部分性能已达到5成到8成的要求,而灵巧手的发展相对缓慢,性能仅能达到3成到4成。为解决这一问题,机器人公司、手部制造公司及零部件公司正加紧研发新一代灵巧手方案。这一方案的实施需先定型手部设计,再在真实场景中收集数据,用于人形机械灵巧手的训练。目前,各公司在灵巧手技术的迭代和推进上速度较快。
● 15:48 灵巧手机械方案及其驱动技术
灵巧手机械方案中,直驱和分片驱是两种主要的概念,其中直驱方案每个驱动源对应一个自由度,而分片驱方案则是一个驱动源控制两个自由度,从而增加了被动自由度但降低了运动效率。电机驱动、气动液压和智能材料是主流驱动方式,但电机驱动因其高精度、快速响应和精巧特性,在人型机器人灵巧手应用中更为广泛。电机驱动方案中,空心杯电机因轻量化、高转速等特点成为首选,直径8毫米的空心杯电机目前较为主流,但更小型化的空心杯电机也在研发中。此外,还有使用无刷有槽电机和步进电机的方案,它们在不同的应用场景中各有优势。
● 18:54 灵巧手传动方案的多样性与未来趋势
灵巧手传动方案目前没有定型,主要的传动方式包括齿轮、四缸、连杆、健绳和涡轮涡杆,这些方式往往搭配使用。齿轮,尤其是行星减速器,因成熟度高且成本可控,被广泛使用。微型谐波减速器虽精度高,但成本昂贵,目前应用较少。丝杆用于将旋转运动转化为直线运动,多数灵巧手设计会采用。滚珠丝杠因其性能满足需求且可微型化,成为主流选择,但滚珠丝杠也在开发中。涡轮涡杆因效率低和精度不高,应用较少。连杆用于增加被动自由度,适用于入门级设计,成本可控但灵活性有限。未来,随着技术进步和成本降低,某些方案的应用可能会增加。
● 28:33 高灵敏度触觉传感器的技术与应用
本对话详细介绍了触觉传感器在手部感知中的重要作用,特别是力觉、温觉和痛觉的感知。讨论了触觉传感器的五种主要技术方案:压阻式、电容式、电磁式和光电式,对比了它们的分辨率、感知维度、体积大小、抗干扰能力和成本等关键指标。特别提到了压阻式传感器的成熟技术与低门槛,以及电容式和电磁式传感器在分辨率和三维力感知方面的优势。同时,指出了光电式传感器虽然性能良好,但体积较大的问题。最后,提到了当前市场上灵巧手配套使用的传感器类型,如他山科技的电容式和帕西尼的电磁式产品。
● 31:54 触觉感知技术及其应用方案
触觉感知技术通过微型相机和可变形材料在指尖实现,当指尖受力时,材料变形并被相机捕捉,通过与数据库中收集的数据和训练模型对比,拟合出受力信息,如力的大小和方向。该技术成本较低,主要依赖于算法和数据,前期训练成本较高。海外厂商如美国的New Touch和MIT的GelSight在这一领域有布局,而国内志愿机器人也在使用融合方案。短期来看,压缩式触觉方案因成本低而易于推广,而电容式和电磁式上限更高;未来,视触觉技术在算法能力和数据足够的情况下,应用空间将更大。
● 34:09 人形机器人传感器技术及灵巧手数据收集的重要性
讨论集中在国内外传感器公司及其技术路线,特别是特斯拉使用的传感器技术和多种数据传感器融合方案。进一步强调了灵巧手在收集触觉和利空数据方面的重要性,这些数据对于提升机器人的智能化泛化性至关重要。未来,人形机器人公司将更加注重场景和数据收集,灵巧手的作用将得到进一步提升。
● 35:55 灵巧手技术现状及主流厂商方案对比
第四部分汇报总结了主流厂商在灵巧手方案上的差异,包括本体厂商、独立集成商及零部件厂商。各厂商在自由度、传动方式、手部重量、定位精度、负载能力以及运动速度等方面存在显著差异。由于灵巧手技术尚未定型,建议关注主流公司的技术迭代。本体厂商倾向于高自由度,而独立厂商和零部件厂商则更偏向于推出入门级方案并逐步升级。具体方案从第一代到第三代,自由度从16个到22个不等,特斯拉新型灵巧手与AI的灵巧手分别采用不同方案,展现了技术迭代的持续进步。
● 38:06 高自由度机器人手的技术与应用
讨论了不同机器人手的设计方案及其特点,包括使用12个自由度直驱方案的新风资源产品,以及混合方案的志远机器人手,拥有19个自由度和12个主动自由度。此外,还提到了语数机器人手,具有20个自由度和16个主动自由度。此外,还介绍了第三方公司如英国的shadow和国内的衣食机器人在该领域的进展,以及它们在科研场景中的应用和市场情况。
● 41:04 脑机接口公司及其灵巧手技术对比
对话详细对比了几家专注于脑机接口技术的公司,特别是他们开发的灵巧手产品。讨论涵盖了产品的自由度、精度、重量、负载能力以及技术方案的特点,如零部件选择、传感器合作、寿命和触觉传感器的应用。此外,还提到了不同公司在产品迭代、核心零部件自制和商业模式上的策略,强调了本体厂商在手部集成端的主导地位以及零部件厂商的角色定位。
● 46:09 机器人灵巧手成本分析与市场空间预测
该对话详细分析了机器人灵巧手的成本构成及其规模化生产后的成本降低策略,分为六个、十二个和十八个自由度的方案,其中考虑到空心杯电机、齿轮、传感器等关键部件的成本。预测到2030年,随着300万台人形机器人的市场发展,灵巧手的市场空间将超过千亿。同时,分析了主要零部件如传感器、微型电机、微型四缸和减速器的价值占比,并对主流厂商如明智、赵薇、雷赛、浙江荣泰等的利润贡献进行了测算。最后,提出了未来灵巧手领域值得关注的公司和技术方向,包括集成商和关键零部件供应商。
要点回顾
灵巧手专题的主要内容和特色是什么?
灵巧手的专题全面覆盖了灵巧手的定义、结构、技术方向及方案,详细分析了每个方向的主要参与企业和技术特点,并对零销售市场的空间进行了深入测试。此外,还探讨了核心部件的发展趋势和投资机会。
灵巧手在人形机器人领域的作用是什么?
灵巧手在人形机器人中起到了决定性作用,他的成熟和完善决定了机器人的功能上线。通过精细化操作,林教授的技术可以增强协作机器人的功能,拓展应用场景,带来协同工作的功能提升和场景拓展的空间。
灵巧手的主要构成模块及发展趋势如何?
灵巧手主要由驱动、传动、控制和感知四个大模块组成,其中驱动和传动方案多样,混合机械方案是趋势,因为它们兼具自由度和承载力。短期来看,空心轴减速器加滚珠丝杠和连杆方案可能最先放量,而中长期则会出现更多融合创新,提高自由度和负载能力。在感知方面,触觉传感器如关节力和编码器将得到不同程度的配置,以优化整个系统的数据收集与反馈。
目前灵巧手销售领域有哪些参与者和技术路线?
参与者包括本体厂商(如睿灵巧智、新松、埃斯顿等)、专门从事灵巧手的公司、集成厂商(如英式机、强老奥迪等)以及零部件厂商(如雷赛智能、伟创、等)。技术路线方面,多技术并行发展,包括视觉传感器等尝试,但目前技术难度高低不同的方案均有发展空间。
灵巧手的成本及市场空间预估如何?
灵巧手的价格差异较大,预计中期成本会有所下降,价格范围可能调整至5000到50000元之间。根据测算,30年内销量可达到数千万只以上,市场规模可达近百亿。如果考虑工业机器人等其他应用,市场空间将会更大。
灵巧手在机器人产业链中为何被认为是难点?
灵巧手的难度主要体现在五个方面。首先,其运动能力要求高,拥有6到20多个自由度,越灵活则自由度越多。其次,精确度要求严格,重复定位精度一般在正负1毫米左右,优秀产品可达正负0.1毫米。第三,负载能力与自由度成反比,自由度越高负载越低,但较低自由度的灵巧手负载可高达30到40公斤或低至个位数。第四,寿命方面,实际工作中由于承载力大可能导致使用寿命低于核心零部件寿命。第五,感知能力依赖触觉传感器,灵敏度仍有提升空间。
灵巧手的主要构成部分有哪些?灵巧手的传动方式有哪些?
灵巧手的主要构成部分包括驱动方式、传动方式以及触觉传感器这三大核心元素,此外还有手部的设计和使用的材料等因素。材料上追求轻量化和长寿命,以便更好地适应灵巧手的工作需求。灵巧手的传动方式主要包括齿轮、丝杆、连杆、谐波和斜坡螺杆等五种类型。这些传动方式通常不是单一使用,而是多种配合使用。其中,行星减速器因其成熟可靠、体积小、价格适中等优点,在灵巧手设计方案中最为常见,尤其是微型行星减速器。尽管丝杆传动方式并非所有设计都采用,但在大部分灵巧手方案中,尤其是需要直线运动或高精度控制的手部,丝杆仍然是不可或缺的一部分。
目前灵巧手发展的现状如何?灵巧手在机械方案上有哪些主要概念和技术?
相较于原型机械手,灵巧手的发展相对较慢,目前性能只能达到30%至40%的要求水平。今年开始,本体厂商、机器人公司、专门做手的公司以及零部件公司都在研发新一代灵巧手方案,以期在真实场景中收集数据并应用到训练过程中。目前技术迭代和推进速度较快,各家都在积极设计并定型灵巧手方案。灵巧手的机械方案主要有直驱和分片区两种概念。直驱方案中,每个电机对应一个自由度,运动效率高但可能会增加手部重量;而分片区方案则通过一个电机控制两个自由度,牺牲运动效率以换取更轻巧的手部设计。目前主流的驱动方式为电机驱动,其中空心杯无刷电机因其轻量化、高速响应等优点成为首选。
目前主流的微型丝杠方案是什么?
目前主流的微型丝杠方案主要是滚珠丝杠,因为其产品性能可以满足微型化要求,直径可做到4毫米至33毫米左右。另外,虽然滚珠四缸也是一个成熟方案,但定制化小批量时价格较高,但放量后价格可降至小几百。
是否有其他方案可以替代滚珠丝杠?
并非一定要用滚珠丝杠来替代,市场上也有不同看法。滚珠丝杠承载力较高,但存在微型化困难和螺纹金膜制作难度大导致成本较高的问题。未来若能解决这些问题,滚珠丝杠的市场份额可能会有所提升。
涡轮涡杆在灵巧手应用中的情况如何?
涡轮涡杆并非标配方案,主要用于90度旋转运动转换,但因其转换效率低、易发热、精度不高,现在很少被采用。
连杆方案在灵巧手中的作用及特点是什么?
连杆方案作为连接驱动源与自由度之间的桥梁,通过多级连杆结构增加被动自由度,特点是成熟稳定、成本可控、承载力较高,但主动自由度较少,响应速度慢,不够灵活,是入门级量产方案。
健绳方案的优势与局限性是什么?
健绳方案优势在于灵活性高,可实现多个自由度,但追求自由度后会导致承载力降低,且由于集成电机的手臂重量较大,整体寿命受限,尤其是绳子易蠕变、寿命有限,需要实时校准,增加了运营成本。
目前健绳方案主要使用的材料及其价值量如何?
目前主要使用钢丝绳和高分子材料绳子,价值量较低,因为一只手的自由度数有限,绳子长度适中,新型材料的开发将对价值量产生显著影响。
机械方案总结有哪些关键点?
驱动方案以空心杯电机为主,传动方案主要包括直驱方案(行星减速器+滚珠丝杠)、连杆方案以及建设方案。直驱方案简洁高效,连杆方案则通过减少模组数量降低成本,建设方案虽灵活但自由度多、成本高。
传感器在灵巧手中的作用及技术方案有哪些?
传感器负责感知力觉、温觉等,目前触觉传感器主要有5种技术方案,如压阻式、电容式和电磁式等,它们在分辨率、测量维度、体积大小、抗干扰能力及寿命成本等方面各有优缺点,其中电容式和电磁式在性能上限上有较大优势,但体积较大且灵敏度较高,可能需要算法解耦以弥补抗干扰能力不足的问题。
目前主流的触觉传感器方案有哪些?
目前常见的触觉传感器方案包括电容式(如他山科技的电容式)、电磁式(如深圳帕西尼的电磁式产品)、光电式以及一种基于微型相机的视触觉方案。其中,电容式和电磁式的性能上限较高,但体积较大,海外厂商可能会在此领域布局更多。而基于微型相机的视触觉方案成本较低,但对算法和数据依赖性较强,训练成本较高。
触觉方案中的成本和特点是什么?
低成本触觉方案主要依赖于微型相机和可变形材料,但其前期的数据收集和训练成本很高。相比之下,电容式和电磁式触觉方案具有更高的性能上限,而视触觉方案若算法能力强、数据充足,则应用空间较大。
国内外有哪些主要的触觉传感器公司?
海外公司如特斯拉采用多传感器融合方案,使用test scan等技术路线;还有美国上市公司interlink等其他传感器公司。在国内,派新理论是值得关注的企业,他们在技术扎实度上有优势,并且灵巧手对于机器人数据收集和模型迭代至关重要。
灵巧手在人形机器人中的作用是什么?
灵巧手不仅承载了机械硬件功能,更重要的是收集触觉和力学数据,这些数据对于提升机器人的泛化性和智能化水平至关重要,有助于机器人识别物体、判断握持姿势和操作力度。
国内外主流厂商的灵巧手方案有何差异?
国内外厂商在灵巧手方案上的自由度、传动方式、定位精度、负载能力和运动速度等方面存在较大差异。本体厂商倾向于提供高自由度解决方案,而独立集成商和零部件厂商更倾向于稳扎稳打,从入门级方案开始逐步升级。例如,特斯拉新型灵巧手预计自由度会较高,而AI和新风资源等公司则采用不同自由度布局和驱动方式来满足不同应用场景需求。
零部件厂商在灵巧手集成方面有哪些拓展?
睿灵巧智拥有17个主动自由度的直驱方案,手指使用空心杯电机,关节采用步进电机加齿轮自制,齿轮寿命可达十年以上,灵巧手寿命可做到数万小时。睿灵巧智计划推出第二代产品,进一步优化手部重量和负载能力。
睿灵巧智的灵巧手有哪些特点及规划?
睿灵巧智的灵巧手规划清晰,从六个主动自由度的连杆方案逐步提升至20个自由度甚至更高。睿灵巧智的灵巧手特点是核心零部件自制,重量较轻(不到500克),同时负载能力最高可达15公斤,在行业内表现出较强实力。
关于灵巧手的核心部件及其供应商有哪些重点推荐?
核心关注四个方向:一是灵巧手整体方案的集成商;二是零部件供应商,如空心杯电机、微型丝杆、减速器等;三是技术方案,看好电磁式和电容式触觉传感器;四是具备竞争优势的公司,例如雷赛智能,睿灵巧智等