一、我國人形機器人被國外卡脖子的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)

　　我國人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈中被國外“卡脖子”的環(huán)節(jié)主要集中在上游的核心零部件和軟件系統(tǒng)開發(fā)方面。具體來說，這些核心零部件包括無框力矩電機、空心杯電機、傳感器、專用芯片、伺服系統(tǒng)、減速器、控制器等。這些零部件和技術(shù)的水平直接影響到機器人的性能和穩(wěn)定性。

　　此外，軟件系統(tǒng)的開發(fā)也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，涉及到操作系統(tǒng)、機器視覺、激光雷達、人工智能等方面。這些技術(shù)和零部件的供應(yīng)在很大程度上依賴于國外企業(yè)，導(dǎo)致我國在這些領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力較弱，容易受到國外技術(shù)封鎖的影響。

　　因此，我國人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈中的“卡脖子”環(huán)節(jié)主要是上游的核心零部件和軟件系統(tǒng)開發(fā)，這些環(huán)節(jié)的技術(shù)水平和供應(yīng)穩(wěn)定性直接影響到整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和競爭力。

　　圖表：人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈圖

　　數(shù)據(jù)來源：中投顧問產(chǎn)業(yè)研究大腦

　　二、無框力矩電機在人形機器人中的應(yīng)用及其技術(shù)難點

　　無框力矩電機在人形機器人中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在其作為關(guān)節(jié)和手臂的動力源，提供高扭矩和高精度的控制。例如，特斯拉的人形機器人Optimus在其14個線性執(zhí)行器和14個旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器中使用了無框力矩電機，以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。此外，優(yōu)必選的Walker機器人也使用了36個無框力矩電機來驅(qū)動其關(guān)節(jié)。

　　然而，無框力矩電機在人形機器人中的應(yīng)用也面臨一些技術(shù)難點。首先，磁路和工藝設(shè)計是主要的技術(shù)挑戰(zhàn)，這些因素直接影響電機的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。其次，由于人形機器人需要具備多自由度的運動能力，對結(jié)構(gòu)、功率密度和重量尺寸等有特殊要求，這也增加了無框力矩電機的設(shè)計和制造難度。此外，無框力矩電機的中空設(shè)計雖然使其占用空間較小，但這也對其材料和制造工藝提出了更高的要求。

　　三、空心杯電機在人形機器人中的優(yōu)勢和局限性

　　空心杯電機在人形機器人中的優(yōu)勢和局限性如下：

　　（一）優(yōu)勢

　　1、高轉(zhuǎn)速和高能量轉(zhuǎn)化效率

　　空心杯電機具有高轉(zhuǎn)速和極高的能量轉(zhuǎn)化效率，這使得其在需要快速響應(yīng)和高效動力輸出的應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色。

　　2、輕量化和高精度

　　由于其結(jié)構(gòu)特點，空心杯電機能夠?qū)崿F(xiàn)手指關(guān)節(jié)的輕量化和高精度控制，這對于人形機器人的靈活性和精確度要求尤為重要。

　　3、低噪音和振動

　　空心杯電機在運行時產(chǎn)生的噪音和振動較低，這有助于提升人形機器人的整體性能和用戶體驗。

　　4、體積小、重量輕

　　空心杯電機通常尺寸較小，重量輕，這使其非常適合用于空間受限的人形機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動。

　　5、無齒槽轉(zhuǎn)矩

　　由于沒有齒槽，空心杯電機的轉(zhuǎn)矩波動較小，手感更加輕盈，適合需要精細操作的應(yīng)用。

　　（二）局限性

　　1、適用范圍有限

　　空心杯電機更適用于直徑為20-30mm的空心杯，難以繞制抽頭間距小于7mm的較小尺寸線圈，這限制了其在某些特定應(yīng)用場景中的使用。

　　2、成本問題

　　雖然具體的成本數(shù)據(jù)未提及，但一般來說，高端電機的成本較高，可能會影響大規(guī)模生產(chǎn)和普及。

　　空心杯電機在人形機器人中具有顯著的優(yōu)勢，特別是在高轉(zhuǎn)速、高能量轉(zhuǎn)化效率、輕量化和高精度控制方面。

　　四、國產(chǎn)傳感器技術(shù)在人形機器人領(lǐng)域的進展

　　目前，國產(chǎn)傳感器技術(shù)在人形機器人領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的突破，并能夠滿足其核心需求。以下是一些關(guān)鍵的國產(chǎn)傳感器技術(shù)：

　　1、六維力矩傳感器

　　六維力矩傳感器是性能最優(yōu)、力覺信息最全面的力矩傳感器，技術(shù)壁壘主要在結(jié)構(gòu)解耦設(shè)計、解耦算法、標(biāo)定與校準(zhǔn)等方面。這種傳感器廣泛應(yīng)用于人形機器人的腳踝和手腕處，提供精準(zhǔn)的力感信息，助其提升柔順化和智能化控制水平。國內(nèi)廠商如宇立和坤維在這一領(lǐng)域相對領(lǐng)先，東華測試和柯力傳感也在積極布局。

　　2、MEMS壓力傳感器和慣性傳感器

　　基于MEMS工藝的力控、觸覺、慣性傳感器在人形機器人中也有望充分受益。這些傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、功耗低、高可靠性等優(yōu)勢，適用于各種復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用。

　　3、電子皮膚和柔性觸覺傳感器

　　電子皮膚和柔性觸覺傳感器是實現(xiàn)靈巧手觸覺感知能力的核心部件，具備精確的抓取力和力矩控制功能。這些傳感器在硬件設(shè)計、生產(chǎn)工藝以及算法優(yōu)化等方面都有著極高的要求，技術(shù)實現(xiàn)路徑呈現(xiàn)多樣化趨勢，主要有MEMS和電子皮膚兩種主流技術(shù)路線。

　　4、溫度傳感器和拉壓力傳感器

　　這些傳感器用于監(jiān)測和控制機器人內(nèi)部的溫度和受力情況，確保其在各種環(huán)境下的穩(wěn)定運行。

　　5、六維力傳感器

　　六維力傳感器作為“觸覺神經(jīng)”，其重要性逐漸上升到國家戰(zhàn)略發(fā)展層面。近年來，國家對機器人產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展高度重視，六維力傳感器憑借其高精度的優(yōu)勢，成為制造業(yè)重點研發(fā)的產(chǎn)品之一。

　　圖表：中國人形機器人行業(yè)全景圖譜

　　資料來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院

　　五、國外人形機器人專用芯片最新進展

　　國外在人形機器人專用芯片開發(fā)方面的最新進展主要集中在英偉達的多項創(chuàng)新和技術(shù)突破上。

　　1、英偉達的Blackwell AI芯片

　　英偉達推出了最新的AI芯片Blackwell，該芯片在能耗成本上降低了25倍，并且預(yù)計售價將超過3萬美元。這款芯片通過NVIDIA Omniverse Avatar云平臺和NVIDIA Jetson AGX Orin邊緣AI計算機等技術(shù)，實現(xiàn)了在具身智能領(lǐng)域的重大突破。

　　2、Project GR00T和Isaac機器人平臺

　　在GTC 2024大會上，英偉達發(fā)布了Project GR00T人形機器人通用基礎(chǔ)模型和基于NVIDIA Thor系統(tǒng)級芯片（SoC）的新型人形機器人計算機。這些技術(shù)旨在進一步推動機器人和具身智能方面的突破。

　　3、投資與研究實驗室

　　英偉達向人形機器人公司FigureAI投資了5000萬美元，并成立了通用具身智能體研究實驗室GEAR，以加速人形機器人的發(fā)展。

　　4、新款旗艦人工智能芯片Blackwell B200

　　在英偉達年度開發(fā)者大會上，公司首席執(zhí)行官黃仁勛宣布推出新款旗艦人工智能芯片Blackwell B200，這進一步推動了人形機器人技術(shù)的發(fā)展。

　　六、人形機器人軟件系統(tǒng)開發(fā)中的自主創(chuàng)新進展

　　在人形機器人軟件系統(tǒng)開發(fā)中，人工智能技術(shù)通過多種方式促進了自主創(chuàng)新。

　　人工智能技術(shù)能夠提升人形機器人的“智慧”程度。通過結(jié)合語音、視覺、決策和控制等多方面的AI大模型，形成感知、決策和控制的閉環(huán)，從而大大增強機器人的智能化水平。例如，預(yù)訓(xùn)練語言模型如ChatGPT可以應(yīng)用于機器人與人類之間的自然語言交互，使機器人能夠更好地理解和響應(yīng)用戶的指令。

　　人工智能技術(shù)推動了專用操作系統(tǒng)的構(gòu)建。開發(fā)高實時、高可靠、高智能的專用操作系統(tǒng)，并建設(shè)完善的人形機器人應(yīng)用開發(fā)平臺和工具包，這些都為自主創(chuàng)新提供了堅實的基礎(chǔ)。此外，達闥推出的多模態(tài)認知大模型Robot GPT和云端大腦操作系統(tǒng)也展示了AI技術(shù)在機器人制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

　　第三，人工智能技術(shù)還支持生成式人工智能算法、框架、芯片及配套軟件平臺等基礎(chǔ)技術(shù)的自主創(chuàng)新。這種自主創(chuàng)新不僅提升了技術(shù)水平，還促進了國際交流與合作，參與相關(guān)國際規(guī)則的制定。

　　此外，人工智能技術(shù)通過算力底座的建設(shè)，提升了算力效率，并通過軟件硬件協(xié)同創(chuàng)新，支撐行業(yè)智能化發(fā)展。NVIDIA提供的端到端機器人開發(fā)平臺也支持大規(guī)模訓(xùn)練、開發(fā)和優(yōu)化機器人系統(tǒng)和軟件，進一步推動了自主創(chuàng)新。