稀土永磁行業(yè)專題報(bào)告：機(jī)器人浪潮下的嶄新投資機(jī)遇

稀土永磁行業(yè)專題報(bào)告：機(jī)器人浪潮下的嶄新投資機(jī)遇一、機(jī)器人：引領(lǐng)智能化風(fēng)潮1概述國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)（InternationalFederationofRobotics，IFR）提出，機(jī)器人是可在兩個(gè)或多個(gè)軸上進(jìn)行編程的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，具有一定程度的自主性，在特定環(huán)境中移動(dòng)以執(zhí)行預(yù)定的任務(wù)。要深入理解機(jī)器人的定義，第一個(gè)關(guān)鍵詞是“可編程”。編寫程序是執(zhí)行預(yù)定任務(wù)的前提，帶有可編程的計(jì)算機(jī)芯片的自動(dòng)化機(jī)器在生活中也很常見(jiàn)。然而機(jī)器人與自動(dòng)化機(jī)器最大的不同在于，自動(dòng)化機(jī)器的程序編寫完成之后不能隨意改變，其程序一旦編寫完成即被固定在內(nèi)部；而機(jī)器人的程序不僅可以編制一次，且可根據(jù)需要編制任意次，根據(jù)使用者的意愿，對(duì)之可以改變、增加或刪除。第二個(gè)關(guān)鍵詞是“驅(qū)動(dòng)機(jī)制”。驅(qū)動(dòng)機(jī)制是執(zhí)行預(yù)定任務(wù)的必要硬件條件，可以理解為將編寫好的程序執(zhí)行完成的機(jī)制。機(jī)器人與其他自動(dòng)化機(jī)器的區(qū)別在于它的程序可重編性和萬(wàn)能性，機(jī)器人與計(jì)算機(jī)的區(qū)別在于它有一個(gè)操作機(jī)構(gòu)。第三個(gè)關(guān)鍵詞是“自主性”。一旦程序編寫完成并下達(dá)執(zhí)行命令后，機(jī)器人可根據(jù)現(xiàn)實(shí)狀態(tài)和感應(yīng)執(zhí)行預(yù)定任務(wù)，并不需要其他人為操作。機(jī)器人的分類方式有很多種，國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)根據(jù)使用場(chǎng)景將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人。據(jù)IFR2022年工業(yè)機(jī)器人報(bào)告顯示，世界各地工廠中運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人已達(dá)350萬(wàn)臺(tái)，同增15%，創(chuàng)歷史新高。2021年全球出貨量為517,000臺(tái)，IFR預(yù)計(jì)2022年將增長(zhǎng)10%至570,000臺(tái)。分地區(qū)看，亞洲仍是全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。2021年所有新裝的機(jī)器人中74%安裝在亞洲。其中，中國(guó)貢獻(xiàn)了最多的安裝量，出貨量為380,911臺(tái)，是有記錄以來(lái)單個(gè)國(guó)家的最高值，說(shuō)明中國(guó)機(jī)器人化的速度很快。2機(jī)器人應(yīng)用案例由于機(jī)器人有著減少工作場(chǎng)所給人員帶來(lái)傷害、降低生產(chǎn)成本等優(yōu)勢(shì)，隨著技術(shù)的成熟，機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步拓展，從制造業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)到醫(yī)療、智能家居行業(yè)，和人們的生活的關(guān)系越來(lái)越密切，下面介紹一些有趣的機(jī)器人應(yīng)用案例。2.1St?ubli：機(jī)器人TX200LHE輔助奶酪維護(hù)系統(tǒng)為了降低儲(chǔ)存奶酪的成本、提升奶酪的質(zhì)量，位于德國(guó)阿爾高山區(qū)的LeupolzEmmental奶酪乳品廠引進(jìn)了一個(gè)創(chuàng)新的全自動(dòng)存儲(chǔ)和維護(hù)系統(tǒng)——機(jī)器人輔助奶酪維護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由六軸機(jī)器人St?ubliTX200LHE組成，該系統(tǒng)不僅符合嚴(yán)格的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，而且效率很高，一小時(shí)可處理80個(gè)奶酪。2.2RecycleyeRobotics：分類回收機(jī)器人隨著回收行業(yè)的發(fā)展，機(jī)器人制造商FANUC和智能垃圾管理公司Recycleye在材料回收設(shè)施中部署模塊化機(jī)器人揀選系統(tǒng)。RecycleyeRobotics以每分鐘55次的速度執(zhí)行識(shí)別、拾取和放置材料的任務(wù)，使設(shè)施的總吞吐量增加一倍。2.3BlueOceanRobotics：UVD消毒機(jī)器人自新冠疫情爆發(fā)以來(lái)，清潔機(jī)器人的銷量激增。丹麥公司BlueOceanRobotics提供UVD消毒機(jī)器人，該機(jī)器人可以在醫(yī)院周圍自動(dòng)移動(dòng)發(fā)射UV-C光進(jìn)行消毒。通過(guò)使用激光雷達(dá)傳感器創(chuàng)建環(huán)境地圖，然后操作員標(biāo)記該地圖，以顯示哪些房間和其他區(qū)域應(yīng)該或不應(yīng)該消毒。此外，機(jī)器人不僅用于清潔，還用于減少人與人之間的接觸，例如酒店使用機(jī)器人進(jìn)行房間清潔或提供客房服務(wù)。機(jī)器人管家配備一個(gè)帶有安全儲(chǔ)物箱的移動(dòng)機(jī)器人底座。將訂購(gòu)的物品裝入存儲(chǔ)箱，然后派送機(jī)器人。二、當(dāng)前較為先進(jìn)的機(jī)器人的特征及功能1波士頓動(dòng)力公司Atlas波士頓動(dòng)力公司（BostonDynamics）是一家美國(guó)工程與機(jī)器人設(shè)計(jì)公司。公司主要產(chǎn)品有波士頓機(jī)械狗、Atlas機(jī)器人、Cheetah、LittleDog、RiSE、步兵班組支援系統(tǒng)、PETMAN。其中，波士頓機(jī)械狗是由國(guó)防高等研究計(jì)劃署（DARPA）出資，替美國(guó)軍方開(kāi)發(fā)的四足機(jī)器人。2021年6月，現(xiàn)代以11億美元正式完成向軟銀收購(gòu)波士頓動(dòng)力公司80%的控股權(quán)。Atlas機(jī)器人（Atlasrobot）是一款基于波士頓動(dòng)力公司早期的PETMAN人形機(jī)器人研發(fā)的雙足人形機(jī)器人，由美國(guó)波士頓動(dòng)力公司為主開(kāi)發(fā)，并由美國(guó)國(guó)防部國(guó)防高等研究計(jì)劃署（DARPA）資助和監(jiān)督。Atlas機(jī)器人專為各種搜索及拯救任務(wù)而設(shè)計(jì)，于2013年7月11日向公眾亮相。Atlas身高1.5米，重89千克，全身由航空級(jí)鋁和鈦建造。四肢由電池與液壓驅(qū)動(dòng)，全身具有28個(gè)自由度，配備RGB攝像頭與深度傳感器。身體和腿部的傳感器用于保持平衡，頭部的光學(xué)雷達(dá)和立體傳感器用于地形評(píng)估與避障。Atlas使用3D打印部件為其提供跳躍和翻筋斗所需的強(qiáng)度重量比。其擁有世界上最緊湊的移動(dòng)液壓系統(tǒng)之一。定制的電池、閥門和緊湊的液壓動(dòng)力單元使Atlas能夠?yàn)槠?8個(gè)液壓接頭提供高功率，從而完成高難度運(yùn)動(dòng)。Atlas先進(jìn)的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高度多樣化和敏捷的運(yùn)動(dòng)，速度可達(dá)2.5m/s。通過(guò)實(shí)時(shí)感知、行為庫(kù)與模型預(yù)測(cè)控制三技術(shù)的完美配合，Atlas機(jī)器人能夠執(zhí)行如跑酷等高難度運(yùn)動(dòng)。Atlas的實(shí)時(shí)感知功能使用深度傳感器生成環(huán)境的點(diǎn)云，來(lái)檢測(cè)其周圍環(huán)境。感知算法加工攝像頭和激光雷達(dá)等傳感器數(shù)據(jù)，以每秒15幀的速度生成環(huán)境的點(diǎn)云，然后使用多平面分割的算法從點(diǎn)云中提取平面，再將輸出的結(jié)果輸入到映射系統(tǒng)中，構(gòu)建不同對(duì)象的模型。Atlas執(zhí)行的每個(gè)動(dòng)作都來(lái)自軌跡優(yōu)化提前創(chuàng)建的模板。創(chuàng)建行為庫(kù)記錄模板，并通過(guò)向庫(kù)中添加新軌跡來(lái)不斷向機(jī)器人添加新功能。之后，機(jī)器人從庫(kù)中選擇與給定目標(biāo)盡可能匹配的行為組成動(dòng)作。Atlas模型預(yù)測(cè)控制器使用機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，并相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整運(yùn)動(dòng)。在確定感知障礙與給出行動(dòng)計(jì)劃后，模型預(yù)測(cè)控制器填補(bǔ)執(zhí)行計(jì)劃所需的細(xì)節(jié)，以應(yīng)對(duì)環(huán)境、腳滑或其他實(shí)際因素的差異。2PALRobotics公司TALOS機(jī)器人TALOS機(jī)器人是西班牙機(jī)器人制造商PALRobotics公司研究設(shè)計(jì)的一款行走人形機(jī)器人。PALRobotics公司在研究、物流、零售和社交四個(gè)主要領(lǐng)域提供尖端技術(shù)解決方案。該公司也是歐盟機(jī)器人協(xié)會(huì)的創(chuàng)始成員之一。PALRobotics設(shè)計(jì)TALOS的目的是讓其在惡劣的工業(yè)環(huán)境下執(zhí)行體力要求高且準(zhǔn)確的任務(wù)。其初步設(shè)計(jì)目標(biāo)是能與人類在工業(yè)應(yīng)用中并肩作戰(zhàn)，遠(yuǎn)期規(guī)劃目標(biāo)是能從事搜索和搜救工作，且能在危險(xiǎn)工作領(lǐng)域代替人類。TALOS是成人大小的人形機(jī)器人，其高175厘米，重95千克。該人形機(jī)器人裝配了兩片Inteli7芯片、RGB-D攝像頭、2個(gè)揚(yáng)聲器和32個(gè)自由關(guān)節(jié)。它的每個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)都裝配了扭矩感應(yīng)器，并控制每個(gè)關(guān)節(jié)的扭矩，這讓它能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的感應(yīng)和多接觸運(yùn)動(dòng)。此外，“扭矩反饋-控制扭矩”的閉環(huán)系統(tǒng)能使TALOS進(jìn)行全身逆動(dòng)力學(xué)控制。TALOS支持EtherCAT網(wǎng)絡(luò)，該通信網(wǎng)絡(luò)允許其以2kHz到最高5kHz的頻率控制回路，使TALOS具有高反應(yīng)性。3優(yōu)必選WalkerX優(yōu)必選成立于2012年，是一家專注于人工智能和人形機(jī)器人研發(fā)的全球性高科技創(chuàng)新企業(yè)。2019年，其核心產(chǎn)品Walker系列機(jī)器人被美國(guó)知名的機(jī)器人行業(yè)媒體《TheRobotReport》評(píng)選為“值得關(guān)注的5大人形機(jī)器人”，是中國(guó)機(jī)器人廠商在世界范圍人形機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)代表性產(chǎn)品。2021年，WalkerX首次亮相世界人工智能大會(huì)WAIC，成為該系列的第四代產(chǎn)品。從外觀上看，WalkerX高度模仿人的身體結(jié)構(gòu)，身高1.3米，體重63公斤，41個(gè)高性能伺服驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，面部160°環(huán)繞4.6K高清雙柔性曲面屏。整體外部光滑圓潤(rùn)，沒(méi)有明顯的棱角，關(guān)節(jié)部位沒(méi)有外露的機(jī)械限位結(jié)構(gòu)，非常符合其家庭服務(wù)的定位。此外，WalkerX具備開(kāi)放、靈活、豐富、便捷的AloT接口，能夠依據(jù)用戶習(xí)慣和場(chǎng)景，自主控制燈光、冰箱等常見(jiàn)的AloT設(shè)備，全方位滿足智能家具場(chǎng)景的應(yīng)用。從環(huán)境感知技術(shù)上來(lái)看，WalkerX配置四目系統(tǒng)和雙RGBD傳感器，基于多目視覺(jué)傳感器的3D視覺(jué)定位，采用Coarse-to-fine的多層規(guī)劃算法、第一視角實(shí)景AR導(dǎo)航交互及2.5D立體避障技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下的全局最優(yōu)路徑自主導(dǎo)航。此外，基于深度學(xué)習(xí)的物體檢測(cè)與識(shí)別算法、人臉識(shí)別算法和跨風(fēng)格人臉數(shù)據(jù)生成技術(shù)，WalkerX可在復(fù)雜環(huán)境中識(shí)別人臉、手勢(shì)、物體等信息，豐富準(zhǔn)確的理解和感知外部環(huán)境。從行走能力來(lái)看，WalkerX憑借41個(gè)高性能伺服驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)3km/h的最大行走速度。雖然速度不快，但能精準(zhǔn)地控制運(yùn)動(dòng)的幅度和角度，具備在碎石地、草坪等不平整地面平穩(wěn)行走的能力，以滿足不同家庭場(chǎng)景的需要。另外，內(nèi)置的行走平衡控制系統(tǒng)也使其能夠在單腿站立或行走時(shí)抵抗外來(lái)干擾，落足穩(wěn)定柔順，擁有極強(qiáng)的穩(wěn)定性。目前WalkerX已完成多項(xiàng)商業(yè)應(yīng)用，能在科技館中勝任講解員的工作。2020迪拜世博會(huì)中國(guó)館就采用WalkerX擔(dān)任“智能導(dǎo)覽講解員”，通過(guò)前沿AI技術(shù)介紹中國(guó)最高科技成果，呈現(xiàn)智慧生活的創(chuàng)新變革趨勢(shì)。在央視春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)和深圳特區(qū)40周年晚會(huì)中，WalkerX還作為特邀嘉賓登臺(tái)亮相，展示了自己的“舞蹈才藝”。不過(guò)，WalkerX的造價(jià)高達(dá)10萬(wàn)美元（約合67萬(wàn)元人民幣），要想真正打開(kāi)消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)走進(jìn)家庭，還有很長(zhǎng)一段路要走。4AgilityRobotics公司Digit機(jī)器人AgilityRobotics成立于2015年，公司目標(biāo)是為物流、遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、自動(dòng)化檢查、娛樂(lè)和研究等應(yīng)用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)功能強(qiáng)大的雙足機(jī)器人。該公司第一個(gè)機(jī)器人于2016年發(fā)布，是一個(gè)名為Cassie的雙足動(dòng)態(tài)步行機(jī)器人，可穿越崎嶇的地形并越過(guò)障礙物。Digit于2019年推出，是Agility公司推出的第二款機(jī)器人，也是第一個(gè)商業(yè)化出售的雙足機(jī)器人。其外觀與一個(gè)成年人類似，可借助LIDAR和其他傳感器進(jìn)行半自動(dòng)導(dǎo)航，相比Cassie配備了一個(gè)軀干以及一對(duì)手臂，用于平衡，移動(dòng)和操縱,其手臂可以搬動(dòng)18kg的箱子。Digit可應(yīng)用于多種行業(yè)，包括物流、倉(cāng)儲(chǔ)、工業(yè)環(huán)境等。Digit于2020年第一季度上市，解決了傳統(tǒng)機(jī)器人的移動(dòng)限制，可以在人類設(shè)計(jì)的環(huán)境中工作。此外，Digit具有強(qiáng)大的行走和跑步步態(tài)，可在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中移動(dòng)。其主要功能包括：（1）上身帶有集成感應(yīng)；（2）配備2-DOF支腳，可在各種表面上改善平衡性和穩(wěn)定性；（3）增添帶有兩個(gè)4-DOF手臂的上軀干；（4）配備密封接頭，適合全天候戶外作業(yè)；（5）擁有經(jīng)UN38.3認(rèn)證的電池，可用于空運(yùn)貨物；（6）全面的API軟件，可利用其控件和視覺(jué)算法來(lái)開(kāi)發(fā)最終用戶應(yīng)用程序。在續(xù)航方面，Digit機(jī)器人由輕質(zhì)材料制成，一次充電，即可全天工作。此外，如果Digit機(jī)器人遇到意外障礙，會(huì)向自動(dòng)駕駛車輛發(fā)送求救信號(hào)，尋找解決方案，當(dāng)無(wú)法解決時(shí)，它會(huì)進(jìn)一步發(fā)送信號(hào)申請(qǐng)人工幫助。目前，Digit可以在已知的映射空間中定位自己，識(shí)別要獲取并帶回的包裹，自主從貨架或地板上取回包裹，避開(kāi)障礙物并在建筑物中導(dǎo)航，將包裹帶回。其解決了自主交付行業(yè)所面臨的一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，即如何將包裹從車輛運(yùn)送到客戶的交付地點(diǎn)，同時(shí)一定程度上解決了困擾美國(guó)企業(yè)的勞動(dòng)力短缺問(wèn)題。雖然Digit沒(méi)有任何判斷力或創(chuàng)造力，只能做非常具體的機(jī)器人工作，但人們可以設(shè)計(jì)特定軟件應(yīng)用程序，控制Digit完成工作。三、動(dòng)力之源：機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)指為了使機(jī)器人能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須給機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置的傳動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以是液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)、電動(dòng)傳動(dòng)，或者把它們結(jié)合起來(lái)應(yīng)用的綜合系統(tǒng);可以直接驅(qū)動(dòng)或者通過(guò)同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接驅(qū)動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓，氣動(dòng)和電動(dòng)三大類，根據(jù)需要也可由這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這三類基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各有自己的特點(diǎn)。1電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂朴秒姍C(jī)是電氣伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)力部件。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。機(jī)電一體化產(chǎn)品中常用的控制用電機(jī)是指能提供正確運(yùn)動(dòng)或較復(fù)雜動(dòng)作的伺服電機(jī)。1.1機(jī)器人電機(jī)須符合的主要要求機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)提出了較高要求，在靈活度上，要求其有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低慣量；在性能上，伺服電動(dòng)機(jī)須有較高的可靠性、穩(wěn)定性，同時(shí)需能快速響應(yīng)，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性；在動(dòng)作上，能夠控制特性的連續(xù)性和直線性；在速度上，要求較寬廣且平滑的調(diào)速范圍；在形態(tài)上，體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短，且能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件。1.2機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常用的電機(jī)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常采用的電機(jī)大致可細(xì)分為以下幾種：直流伺服電機(jī)(DCServoMotor)、交流伺服電機(jī)(ACServoMotor)、步進(jìn)電機(jī)（SteppingMotor）。1.2.1直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)，分為有刷直流伺服電機(jī)和無(wú)刷直流伺服電機(jī)。有刷直流伺服電機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，速度調(diào)節(jié)范圍寬，控制容易，維護(hù)方便。缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。無(wú)刷直流伺服電機(jī)，具備體積小，重量輕，出力大，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定，高速且靈敏等優(yōu)勢(shì)，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，不存在碳刷損耗的情況，效率很高，運(yùn)行溫度低，不易產(chǎn)生火花，噪音小，電磁輻射小，壽命相對(duì)較長(zhǎng)。應(yīng)用場(chǎng)景方面，有刷直流伺服電機(jī)由于其成本較低，可用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。無(wú)刷直流伺服電機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠且效率高、調(diào)速性能好等特點(diǎn)，適用于各種對(duì)精度要求高的場(chǎng)合。1.2.2交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)，包括同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)及異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)等。異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)有三相和單相之分，通常多用鼠籠式三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，主要為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍和快速響應(yīng)的性能。其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，噪聲小，省去了昂貴的永磁體，價(jià)格相對(duì)便宜。缺點(diǎn)為難以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)整速度，控制系統(tǒng)成本高。同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)的復(fù)雜程度介于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)二者之間。其定子裝有對(duì)稱三相繞組，轉(zhuǎn)子由繞組形成的電磁鐵構(gòu)成，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為電磁式及非電磁式兩大類。其無(wú)需勵(lì)磁電流，沒(méi)有勵(lì)磁損耗，提高了電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度。應(yīng)用場(chǎng)景方面，交流伺服電動(dòng)機(jī)憑借其速度高、慣量小、轉(zhuǎn)動(dòng)平滑、力矩穩(wěn)定等特點(diǎn)，多用于如印刷設(shè)備，激光加工，機(jī)器人，機(jī)床設(shè)備，機(jī)械手，自動(dòng)化生產(chǎn)線等對(duì)位置、控制精度、速度、力矩有較高要求的領(lǐng)域。1.2.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件，包括永磁式(PM)、反應(yīng)式(VR)和混合式(HB)。反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲大、振動(dòng)幅度大，已在80年代被歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，分為兩相、三相和五相，是工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)用最常見(jiàn)的電機(jī)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，就會(huì)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)固定角度。步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有電刷、維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)，停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)容易控制；控制精度由相數(shù)、拍數(shù)決定；低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性不足；輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，一般不具備過(guò)載能力；加速性能欠佳，不適用于快速啟動(dòng)場(chǎng)合。其廣泛應(yīng)用于ATM機(jī)、噴繪機(jī)、刻字機(jī)、寫真機(jī)、噴涂設(shè)備、醫(yī)療儀器及設(shè)備、計(jì)算機(jī)外設(shè)及海量存儲(chǔ)設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、機(jī)器人等領(lǐng)域，特別適合要求運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、高輸出扭矩的應(yīng)用場(chǎng)合。1.3純電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人1.3.1特斯拉Optimus機(jī)器人特斯拉機(jī)器人身高5英尺8寸，重量125磅，時(shí)速5英里，具有和人差不多的身高、體重和行走速度。擁有多達(dá)40個(gè)機(jī)電一體化的執(zhí)行器，其中手臂12個(gè)、脖子2個(gè)、軀干2個(gè)、手部12個(gè)和腿部12個(gè)一體化電機(jī)的執(zhí)行器機(jī)構(gòu)，意味著可以靈活完成各種人類動(dòng)作。由此可見(jiàn)，機(jī)器人系統(tǒng)中最重要的運(yùn)動(dòng)性能靠的是電機(jī)執(zhí)行器的負(fù)載能力和響應(yīng)速度，而且隨著功能增加和動(dòng)作的豐富，需要更多大小不一、性能不同的電機(jī)一體化執(zhí)行器。特斯拉機(jī)器人搭載永磁同步電機(jī)，體積小效率高，但容易退磁，成本較高。電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子以及機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。永磁同步電機(jī)指的是定子上的線圈通電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)能帶動(dòng)永磁體（轉(zhuǎn)子）進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也能夠與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同，不容易造成轉(zhuǎn)速損耗。優(yōu)點(diǎn)是體積小，效率高，但是一旦速度增加，永磁體產(chǎn)生反電勢(shì)，導(dǎo)致高溫，強(qiáng)震動(dòng)就容易退磁。因此不適合在高速下使用。此外，永磁同步電機(jī)主要用稀土中的高性能釹鐵硼永磁材料，成本較高。特斯拉在自動(dòng)駕駛就研發(fā)了IPM-SynRM，是內(nèi)置永磁體的同步磁阻電機(jī)。永磁同步電機(jī)不適合在高速下使用。大型機(jī)械設(shè)備通常使用同步磁阻電機(jī)，在轉(zhuǎn)子中嵌入鐵，使轉(zhuǎn)子處于低磁阻狀態(tài)，適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，特斯拉將這兩種電機(jī)結(jié)合，永磁體代替鐵嵌入轉(zhuǎn)子，結(jié)合了共同的優(yōu)點(diǎn)。在低速時(shí)它能作為永磁電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在高速時(shí)又是一臺(tái)磁阻電機(jī)，改善了電子線圈切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的情況。1.3.2優(yōu)必選WalkerX機(jī)器人WalkerX高度模仿人的身體結(jié)構(gòu)，身高1.3米，體重63公斤，41個(gè)高性能伺服驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，面部160°環(huán)繞4.6K高清雙柔性曲面屏。整體外部光滑圓潤(rùn)，沒(méi)有明顯的棱角，關(guān)節(jié)部位沒(méi)有外露的機(jī)械限位結(jié)構(gòu)，非常符合其家庭服務(wù)的定位。此外，WalkerX具備開(kāi)放、靈活、豐富、便捷的AloT接口，能夠依據(jù)用戶習(xí)慣和場(chǎng)景，自主控制燈光、冰箱等常見(jiàn)的AloT設(shè)備，全方位滿足智能家具場(chǎng)景的應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)控制方面，硬件上，WalkerX采用純電機(jī)伺服，憑借41個(gè)高性能伺服驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)類人步態(tài)行走，其中腿部12個(gè)，臂部14個(gè)，手部12個(gè)，頸部3個(gè)。軟件上，WalkerX能實(shí)現(xiàn)3km/h的最大行走速度，雖然速度不快，但能精準(zhǔn)地控制運(yùn)動(dòng)的幅度和角度，具備在碎石地、草坪等不平整地面平穩(wěn)行走以及斜坡、樓梯等結(jié)構(gòu)化地形行走的能力，以滿足不同家庭場(chǎng)景的需要。另外，內(nèi)置的行走平衡控制系統(tǒng)也使其能夠在單腿站立或行走時(shí)抵抗外來(lái)干擾，落足穩(wěn)定柔順，全身可背10kg重物或雙手負(fù)載3kg重物行走，擁有極強(qiáng)的穩(wěn)定性。2液壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理是以壓縮機(jī)油來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，包括液動(dòng)機(jī)(各種油缸、油馬達(dá))、伺服閥、油系、油箱等基本組成部分。液壓驅(qū)動(dòng)的輸出力和功率很大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)，大多用于要求輸出力較大的場(chǎng)合。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由液壓缸和液壓閥等組成。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，是液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件，可以將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，且沒(méi)有傳動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在各種液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。波士頓動(dòng)力Bigdog采用的是液壓驅(qū)動(dòng)方式，是一款四足仿生機(jī)器人，每條腿有4個(gè)自由度：小腿和大腿各一個(gè)縱向自由度，分別由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)；胯部有縱向和橫向兩個(gè)自由度，由兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，全身共16個(gè)自由度。爬行速度最高達(dá)10km/h，最大可攀爬35度斜坡，能夠適應(yīng)各種不同地質(zhì)環(huán)境，最大承載達(dá)50kg。該機(jī)器人長(zhǎng)1m，高0.7m，自重75kg，單腿四個(gè)自由度全部采用液壓設(shè)計(jì)，最大負(fù)重約154kg，能夠適應(yīng)復(fù)雜的地形，并且能夠高速奔跑跳躍，具有很高的環(huán)境適應(yīng)性和靈活性。波士頓動(dòng)力的Atlas機(jī)器人也采用液壓驅(qū)動(dòng)方式。Altas全身的28個(gè)自由度均由液壓驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，具體表現(xiàn)為：?jiǎn)瓮?個(gè)自由度、單腳踝2個(gè)自由度、腰腹2個(gè)自由度、單臂6個(gè)自由度、腕部和機(jī)械手各1個(gè)自由度。Atlas身高1.5米，重89千克，全身由航空級(jí)鋁和鈦建造。四肢由電池與液壓驅(qū)動(dòng)，全身具有28個(gè)自由度，配備RGB攝像頭與深度傳感器。身體和腿部的傳感器用于保持平衡，頭部的光學(xué)雷達(dá)和立體傳感器用于地形評(píng)估與避障。Atlas使用3D打印部件為其提供跳躍和翻筋斗所需的強(qiáng)度重量比。其擁有世界上最緊湊的移動(dòng)液壓系統(tǒng)之一。定制的電池、閥門和緊湊的液壓動(dòng)力單元使Atlas能夠?yàn)槠?8個(gè)液壓接頭提供高功率，從而完成高難度運(yùn)動(dòng)。Atlas先進(jìn)的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高度多樣化和敏捷的運(yùn)動(dòng)，速度可達(dá)2.5m/s。通過(guò)實(shí)時(shí)感知、行為庫(kù)與模型預(yù)測(cè)控制三技術(shù)的完美配合，Atlas機(jī)器人能夠執(zhí)行如跑酷等高難度運(yùn)動(dòng)。3氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)的工作原理基本上是以氣體為工作介質(zhì)，彈性腔體在氣壓和結(jié)構(gòu)約束的作用下，在一定的空間維度上產(chǎn)生各種形式的運(yùn)動(dòng)。彈性腔體通常采用易于拉伸彈性材料，或者不可拉伸但易于折疊的薄殼或薄膜結(jié)構(gòu)。根據(jù)其不同的形式特點(diǎn)，可以分為以下幾種驅(qū)動(dòng)器。3.1嵌入式纖維增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)器RV其原理為內(nèi)置纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)纏繞一組或多組纖維并加入硅膠等柔性基體，實(shí)現(xiàn)嵌入的柔性基體與驅(qū)動(dòng)器的一體化。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是體積小，并且由于纖維結(jié)構(gòu)是通過(guò)柔性基體的嵌入來(lái)固定的，因此不受編織物形狀的限制，具有更大的柔韌性。根據(jù)纖維多種纏繞方式，驅(qū)動(dòng)器可以執(zhí)行扭曲、延伸、收縮、彎曲和螺旋等運(yùn)動(dòng)。德國(guó)Festo公司通過(guò)用柔性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代替彈性管和編織結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了一種標(biāo)準(zhǔn)化的氣動(dòng)肌腱驅(qū)動(dòng)器。這種驅(qū)動(dòng)器雖然收縮率不占優(yōu)勢(shì)，但其制作更容易形成工業(yè)化流程，因此成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。3.2彈性氣室驅(qū)動(dòng)器其工作原理為使用氣壓較低（通常為0-250kPa）的氣體驅(qū)動(dòng)氣室產(chǎn)生形變和定向膨脹。約束結(jié)構(gòu)的原理主要是利用驅(qū)動(dòng)器自身的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如在驅(qū)動(dòng)器腔壁中兩側(cè)腔壁厚度的差異，或者在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部使用硬度不同的物質(zhì)，如紙張、塑料以及橡膠等。3.3波紋結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器使用帶有波紋結(jié)構(gòu)的薄殼結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)改變波紋結(jié)構(gòu)的方向，可以改變驅(qū)殼的剛度，從而在內(nèi)部氣壓的作用下產(chǎn)生定向膨脹。波紋結(jié)構(gòu)不僅在波紋脊谷的平行方向上保持了較大的剛度，同時(shí)能在波紋起伏方向上擁有相當(dāng)大的柔性。下圖為Festo公司使用波紋管狀氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器制作的軀干型仿生機(jī)械臂BHA(bionichandlingassistant)。3.4正壓展開(kāi)軟體驅(qū)動(dòng)器正壓驅(qū)動(dòng)的折疊/褶皺氣動(dòng)軟體驅(qū)動(dòng)器的柔性氣室，通?？梢员徽郫B或壓縮。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部空氣壓力增大時(shí)，柔性氣腔可以膨脹。這種結(jié)構(gòu)主要的形式是流體折紙結(jié)構(gòu)，它可以形成管狀內(nèi)腔，利用折疊參數(shù)與內(nèi)部流體體積變化之間的復(fù)雜關(guān)系，同時(shí)實(shí)現(xiàn)變形和剛度的優(yōu)化。此外，還有衍生的雙模變形折紙結(jié)構(gòu)。3.5負(fù)壓屈曲折疊驅(qū)動(dòng)器其能夠在內(nèi)外壓差的作用下發(fā)生定向的屈曲性收縮折疊，從而實(shí)現(xiàn)定向驅(qū)動(dòng)的功能。但是，驅(qū)動(dòng)器必須利用腔體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這種不穩(wěn)定性極易受到影響，需要特殊設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)。因此，有人將“內(nèi)骨骼”應(yīng)用于這種驅(qū)動(dòng)器，使驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的形變更明顯，還提高了驅(qū)動(dòng)器在其他方向上的彎曲剛度。四、感知器官：核心零部件傳感器1傳感器總述傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成電信號(hào)或其他形式的信息輸出，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。和人類一樣，機(jī)器人也需要有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等來(lái)感知外部環(huán)境，而傳感器就像人類的感官器官，可以模擬人類感覺(jué)，幫助機(jī)器人具備類似人類的知覺(jué)功能和反應(yīng)能力。根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同可將機(jī)器人傳感器分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)部傳感器一般安裝在機(jī)器人機(jī)械手上，包括位置傳感器、速度與加速度傳感器、力覺(jué)傳感器、姿態(tài)傳感器等，用于感知自身的狀態(tài)，如手臂間角度和移動(dòng)速度，讓機(jī)器人可以按照規(guī)定的位置、軌跡和速度等參數(shù)運(yùn)動(dòng)。外部傳感器主要包括觸覺(jué)傳感器、視覺(jué)傳感器、接近度傳感器、聽(tīng)覺(jué)傳感器、嗅覺(jué)傳感器等，用于檢測(cè)機(jī)器人所處的外部環(huán)境，如聲音、氣味和與物體之間的距離，以使機(jī)器人能與外界達(dá)成良好的交互。目前，多種前沿傳感器技術(shù)正推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，幫助機(jī)器人適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景，滿足特定領(lǐng)域的需要。緊湊型分離式負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻傳感器通過(guò)使用陶瓷/金屬?gòu)?fù)合材料的電阻特性，能夠高精度地測(cè)量工業(yè)設(shè)備的溫度；基于電學(xué)和微粒子觸覺(jué)技術(shù)的新型觸覺(jué)傳感器，能讓機(jī)器人擁有和人類皮膚一樣的敏感觸覺(jué)，幫助其勝任醫(yī)療、勘探等一系列復(fù)雜的工作；情感識(shí)別技術(shù)由人臉識(shí)別技術(shù)衍生而來(lái)，通過(guò)解讀人類的面部表情，機(jī)器人能獲得類似人類的觀察、理解和反應(yīng)能力，未來(lái)可在輔助醫(yī)療康復(fù)、刑偵鑒別等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。2傳感器競(jìng)爭(zhēng)格局國(guó)產(chǎn)傳感器目前與歐美主流傳感器仍存在較大差距。傳感器芯片是生產(chǎn)智能傳感器最重要的部件之一，然而據(jù)《2020年中國(guó)傳感器發(fā)展藍(lán)皮書》顯示，中國(guó)傳感器芯片高度依賴進(jìn)口，進(jìn)口率高達(dá)90%以上，做高端傳感器芯片設(shè)計(jì)的企業(yè)寥寥無(wú)幾，這也直接導(dǎo)致我國(guó)在傳感器芯片研發(fā)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美國(guó)家；此外，國(guó)產(chǎn)傳感器準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較低，使用壽命也不及進(jìn)口傳感器，因此我國(guó)高端傳感器市場(chǎng)仍被國(guó)外廠商壟斷，國(guó)內(nèi)多數(shù)廠商只能在中低端市場(chǎng)“夾縫生存”。不過(guò)，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的興起以及我國(guó)對(duì)智能傳感器產(chǎn)業(yè)扶持力度的加大，我國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸趨于完備，部分國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)也具備在中高端市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)的能力，包括歌爾股份、華天科技、華潤(rùn)微、高德紅外、中航電測(cè)等。未來(lái)隨著國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)持續(xù)進(jìn)步、產(chǎn)品線進(jìn)一步豐富、市場(chǎng)知名度持續(xù)提升，智能傳感器市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化率有望進(jìn)一步提高。五、三大核心零部件之減速器1減速器總述減速器又稱減速機(jī)，是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速至所需，增加扭矩，在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間起著匹配轉(zhuǎn)速和傳遞扭矩的作用。減速器與伺服電機(jī)、控制器并稱為機(jī)器人三大核心零部件，在機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)中，主要用于傳導(dǎo)伺服電機(jī)的動(dòng)力，調(diào)整速度和扭矩，以精確控制機(jī)器人動(dòng)作。整體來(lái)看，減速器在工業(yè)機(jī)器人總價(jià)值量中占比最大，達(dá)到總成本的30%。隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步、人形機(jī)器人的發(fā)展，自由度增加與輕量化的趨勢(shì)創(chuàng)造了未來(lái)減速器更大的需求空間。減速器的種類繁多，可按照齒輪形狀、傳動(dòng)類型、傳動(dòng)級(jí)數(shù)、傳動(dòng)的布置形式、控制精度等依據(jù)進(jìn)行分類。其中，在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用最多的減速器為RV減速器與諧波減速器。減速器生產(chǎn)對(duì)技術(shù)要求嚴(yán)格，嚴(yán)重依賴進(jìn)口。減速器為純機(jī)械精密部件，對(duì)于材料、熱處理工藝和高精度加工機(jī)床要求嚴(yán)格。而我國(guó)的減速器起步較晚，技術(shù)較為落后，嚴(yán)重依賴日本進(jìn)口。截至2021年，日本企業(yè)在中國(guó)減速器市場(chǎng)中仍處于壟斷地位：諧波減速器市場(chǎng)中，日本哈默納科占據(jù)30%以上份額，其次綠的諧波，日本新寶、來(lái)福諧波、同川科技、中技克美等也占有一定市場(chǎng)份額；我國(guó)RV減速器市場(chǎng)中，日本企業(yè)納博特斯克占據(jù)53%的市場(chǎng)份額，其次雙環(huán)，市場(chǎng)份額為14%。2精密減速器市場(chǎng)分析減速器是機(jī)器人的關(guān)鍵零部件，位于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的上游。同時(shí)，減速器具體下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)有工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、航空航天、光伏設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備。工業(yè)4.0的大背景下，以美國(guó)、日本、德國(guó)為代表的世界國(guó)家和地區(qū)大力推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，全球工業(yè)機(jī)器人行業(yè)保持快速發(fā)展。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局與高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量達(dá)44.3萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)21%；銷量為30.3萬(wàn)臺(tái)，同增15.96%，受此帶動(dòng)，作為工業(yè)機(jī)器人的核心零部件，精密減速器市場(chǎng)迎來(lái)高速發(fā)展。

全球范圍內(nèi)，日本精密減速器產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)先，哈默納科與納博特斯克分別在諧波減速器和RV減速器領(lǐng)域取得了市場(chǎng)主導(dǎo)地位。我國(guó)精密減速器發(fā)展較晚，GGII數(shù)據(jù)顯示，2018年國(guó)產(chǎn)減速器出貨量市場(chǎng)份額不足30%，且產(chǎn)品售價(jià)較高、交貨周期較長(zhǎng)，成為制約我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸之一，國(guó)產(chǎn)替代的需求也日益強(qiáng)烈。

目前我國(guó)正處在轉(zhuǎn)型升級(jí)和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵階段，新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)品、新動(dòng)能加快孕育，智能制造、數(shù)字化生產(chǎn)成為近年來(lái)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、動(dòng)力轉(zhuǎn)換和質(zhì)量提升的重要力量。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)諧波減速器產(chǎn)業(yè)也在國(guó)家政策支持下不斷發(fā)展，《中國(guó)制造2025》與《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》的制定將進(jìn)一步帶動(dòng)機(jī)器人及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，受益于政策和主要下游行業(yè)的驅(qū)動(dòng)，國(guó)產(chǎn)減速器將迎來(lái)快速發(fā)展時(shí)期。3RV減速器與諧波減速器對(duì)比分析RV減速器與諧波減速器同屬于精密減速器，在輕負(fù)載精密減速器領(lǐng)域內(nèi)，諧波減速器有體積小、傳動(dòng)比高、精密度高等特點(diǎn)，在人形機(jī)器人中用于肩部、肘部、腿部、腕部、腰部、頸部等幾個(gè)主要關(guān)節(jié)。RV減速器的傳動(dòng)原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其具有大體積、高負(fù)載能力和高剛度特性的特點(diǎn)，其在重負(fù)載精密減速器領(lǐng)域內(nèi)也具有一定主導(dǎo)地位，在人形機(jī)器人中主要用于腰部、髖部。六、大腦中樞：核心零部件控制器1控制器總述機(jī)器人的控制器是接收來(lái)自傳感器的檢測(cè)信號(hào)完成指令任務(wù)的裝置。機(jī)器人的控制方式包括運(yùn)動(dòng)控制和力控制。運(yùn)動(dòng)控制主要控制功機(jī)器人的位置；力控制則控制機(jī)器人未端執(zhí)行器的作用力與力矩，通過(guò)控制器來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置和路徑。機(jī)器人控制系統(tǒng)的成本占比為12%，控制器多為機(jī)器人原廠商自行制作，行業(yè)格局國(guó)外占有主要競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。目前，機(jī)器人控制系統(tǒng)主要廠商有發(fā)那科、庫(kù)卡、ABB、安川等，國(guó)內(nèi)研發(fā)控制器的企業(yè)主要有埃斯頓、固高科技、眾為興等。2控制器分類及區(qū)別控制器控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)主要分為PLC、嵌入式和PC-based三種技術(shù)路徑。其中PC-based運(yùn)動(dòng)控制器是通用運(yùn)動(dòng)控制器的一種類型，具有系統(tǒng)通用性強(qiáng)、可拓展性好、能夠滿足復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的算法要求、抗干擾能力和開(kāi)放性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此PC-based技術(shù)具有廣闊的替代性，正逐漸替代前兩種技術(shù)，是日后發(fā)展的主要方向。按控制器分類，西門子是PLC控制器市場(chǎng)龍頭。在國(guó)內(nèi)的PC-Based控制卡市場(chǎng)，高端市場(chǎng)由美國(guó)泰道、翠歐等外資主導(dǎo)，但國(guó)內(nèi)品牌正逐漸發(fā)力，臺(tái)灣研華和固高科技在2019年國(guó)內(nèi)市占率分別為16%和13%。3控制器市場(chǎng)特點(diǎn)機(jī)器人控制器市場(chǎng)國(guó)外主導(dǎo)高端市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)加速布局。國(guó)外控制器龍頭企業(yè)四大家族發(fā)那科、庫(kù)卡、ABB和安川在2020年共占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額的53%，而國(guó)內(nèi)尚未形成相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前，控制器參與者主要分為機(jī)器人主體廠商自制自用和專門生產(chǎn)控制器，單獨(dú)售賣兩種類型，其中行業(yè)龍頭公司主要采用自制自用類型，如發(fā)那科、ABB和埃斯頓等，且此類型控制器無(wú)法適配其他機(jī)型，故機(jī)器人控制器的市場(chǎng)份額近似機(jī)器人主體的市場(chǎng)份額占比。國(guó)內(nèi)外控制器的差距主要體現(xiàn)于軟件算法開(kāi)發(fā)。通過(guò)分析本田ASIMO、波士頓、歐洲iCUB和POPPY等龍頭人形機(jī)器人的控制器配置，控制器的芯片本身不存在較大技術(shù)壁壘，主要差距體現(xiàn)在控制器算法的開(kāi)發(fā)與不斷優(yōu)化層面。國(guó)外領(lǐng)先的行業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)使得其收到客戶問(wèn)題反饋并進(jìn)行算法迭代優(yōu)化較迅速與成熟。而國(guó)內(nèi)仍需提高品牌知名度、提高技術(shù)，來(lái)打破外資主導(dǎo)的競(jìng)爭(zhēng)格局。七、稀土永磁：機(jī)器人浪潮下的嶄新投資機(jī)遇1磁性材料概述“十三五”期間，我國(guó)磁性材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展蓬勃發(fā)展，總產(chǎn)值已由2015年的600億元增至2020年逾800億元。近年來(lái)，我國(guó)磁性材料應(yīng)用水平不斷提升，稀土添加高性能鐵氧體材料、新型軟磁復(fù)合材料、高性能稀土永磁材料等加速發(fā)展，為我國(guó)新能源領(lǐng)域、高速鐵路、信息化智能化發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。我國(guó)磁性材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展使國(guó)際市場(chǎng)上的綜合競(jìng)爭(zhēng)力顯著提高，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇的同時(shí)，技術(shù)進(jìn)步也在不斷推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，新興產(chǎn)品形態(tài)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，投資熱情不斷高漲。2020年我國(guó)永磁鐵氧體產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)全球產(chǎn)量的78%，軟磁鐵氧體產(chǎn)量超過(guò)全球產(chǎn)量的73%，稀土釹鐵硼永磁產(chǎn)量超過(guò)全球產(chǎn)量的90%。磁性材料，表示應(yīng)用中要求其具有鐵磁性或亞鐵磁性的物質(zhì)。對(duì)于磁性材料的分類標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)界尚未能達(dá)成共識(shí)。磁性材料從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，分為金屬及合金磁性材料和鐵氧體磁性材料兩大類，而鐵氧體材料又分為多晶結(jié)構(gòu)和單晶結(jié)構(gòu)。另一種更為普遍的分類方法則是從應(yīng)用功能的層面上進(jìn)行分類，通常分為軟磁材料、硬磁材料（又稱“永磁材料”）、信磁材料、特磁材料等多個(gè)不同種類。

在永磁材料中，最主流的永磁產(chǎn)品為鐵氧體永磁材料、稀土永磁材料與金屬永磁材料。

（1）鐵氧體永磁材料。自20世紀(jì)50年代進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)以來(lái)，基本上取代了金屬永磁材料。與鋁鎳鈷型金屬永磁材料相比較，成本大大降低，但由于亞鐵磁性，其飽和磁化強(qiáng)度不高，因此在磁性能上遠(yuǎn)低于新興的稀土永磁材料。近年來(lái)，其產(chǎn)值已低于稀土永磁，但因其價(jià)格低廉，產(chǎn)量依然居首位。按主要成分分類，最常見(jiàn)的是鋇（Ba）鐵氧體和鍶（Sr）鐵氧體兩種。

（2）稀土永磁材料。稀土永磁的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)歷史階段：1967年的SmCo5，1975年的Sm2Co17以及1983年的Nd2Fe14B，即從一二兩代的釤鈷系列永磁材料轉(zhuǎn)變?yōu)榱说谌母咝阅茆S鐵硼永磁材料，每一代的新型永磁材料的開(kāi)發(fā)都帶來(lái)了磁性能的巨大突破。釹鐵硼永磁材料問(wèn)世已有四十年之久，但目前第四代稀土永磁材料的開(kāi)發(fā)與制備仍是業(yè)界學(xué)者的重要研究課題之一。中國(guó)已經(jīng)成為了世界第一大釹鐵硼永磁材料生產(chǎn)國(guó)。目前而言，釹鐵硼產(chǎn)業(yè)所衍生出來(lái)的細(xì)類主要包括燒結(jié)磁體、粘結(jié)磁體以及熱壓/熱變形磁體。隨著新能源汽車和節(jié)能電機(jī)等領(lǐng)域的高速發(fā)展，對(duì)永磁體綜合磁性能的要求越來(lái)越高。永磁元件朝著輕型化、薄型化、集成化發(fā)展。晶界擴(kuò)散是目前主流的高綜合性能磁體的制備方式，通過(guò)磁控濺射、涂覆、噴涂等方式，經(jīng)過(guò)熱處理后，將擴(kuò)散源滲入磁體內(nèi)部，提高磁體表面的各向異性場(chǎng)，優(yōu)化晶界結(jié)構(gòu)，從而提高磁體的綜合性能。2稀土永磁在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用稀土是我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源，在新材料、冶金、石油化工等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)中國(guó)稀土協(xié)會(huì)，2020年全球稀土消費(fèi)量在25萬(wàn)噸以上，其中永磁材料占比為26%；2020年中國(guó)稀土消費(fèi)量在18萬(wàn)噸以上，占全球總量的70%以上，其中新材料領(lǐng)域占比超過(guò)60%，由于受到新能源汽車、風(fēng)電等高速發(fā)展的新興行業(yè)帶動(dòng)，在中國(guó)稀土消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，永磁材料占比達(dá)到39.21%。高性能釹鐵硼永磁材料是第三代稀土永磁材料，具有體積小、重量輕和磁性強(qiáng)等特點(diǎn)，被稱為“磁王”。它將自然界中最豐富且自發(fā)磁性最強(qiáng)的鐵與能夠使鐵的磁性固定在同一方向的稀土釹相結(jié)合。這種釹鐵硼磁體不僅磁性強(qiáng)大，能夠吸起自身重量1000倍的鐵塊，而且價(jià)格相對(duì)較低。在工業(yè)機(jī)器人中，高性能釹鐵硼永磁材料被廣泛應(yīng)用于伺服電機(jī)，能夠提高功率密度、減小電機(jī)體積，并提升相關(guān)組件的性能。因此，驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為工業(yè)機(jī)器人的核心組件，永磁同步伺服電機(jī)作為主流選擇，高性能釹鐵硼永磁材料則是永磁同步伺服電機(jī)的基礎(chǔ)材料。電機(jī)是以磁場(chǎng)作為傳播媒介進(jìn)行電能與機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)換的電力機(jī)械設(shè)備。但一般的永磁體由于其磁性有限，所能轉(zhuǎn)化的能量規(guī)模較小，通常被用于制造小型電機(jī)設(shè)備；與一般的永磁體電機(jī)設(shè)備相比，稀土永磁電機(jī)可以產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)并自主實(shí)現(xiàn)永久的磁場(chǎng)傳遞而無(wú)需外界干涉，因此稀土永磁電機(jī)被廣泛用于大型電機(jī)設(shè)備與精密電機(jī)器械中。一般來(lái)說(shuō)，稀土永磁電機(jī)具有（1）體積小、重量輕（2）性能強(qiáng)大且穩(wěn)定性強(qiáng)（3）效率高、能耗低的三大特點(diǎn)，對(duì)綜合性能提升顯著。據(jù)《稀土永磁同步電機(jī)的節(jié)能技術(shù)分析》，在稀土永磁同步電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，會(huì)不斷輸送電功率，電功率在輸入電機(jī)內(nèi)部后，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)與其他相關(guān)因素進(jìn)行綜合作用，將會(huì)輸出電功率。從能量傳遞的角度分析，稀土永磁同步電機(jī)能夠有效利用機(jī)器內(nèi)部的永磁體來(lái)使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電機(jī)內(nèi)部的電功率相平衡，在擁有較高的功率因素的同時(shí)減少定子電流，避免定子電流過(guò)大，對(duì)稀土永磁電機(jī)造成影響。其次，在電子電阻旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的情況下，稀土永磁同步電機(jī)也能夠有效控制磁場(chǎng)的大小，能夠保障旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速相一致，減少在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)能源損耗。此外，稀土永磁同步電機(jī)與轉(zhuǎn)速磁場(chǎng)也具有一定的空隙，也能夠在一定程度上能夠減少運(yùn)行過(guò)程中的機(jī)器損耗。稀土永磁電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高且能耗低，具有極強(qiáng)的性價(jià)比及經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)《稀土永磁材料的發(fā)展及在電機(jī)中的應(yīng)用分析》，稀土永磁電機(jī)在運(yùn)行中的平均節(jié)電率較普通電機(jī)能夠提升10%左右，一些專用的稀土永磁電機(jī)最高可提升15%～20%的節(jié)電率。據(jù)測(cè)算，電機(jī)能效每提高一個(gè)百分點(diǎn)，每年可節(jié)約用電260多億千瓦時(shí)。如果電機(jī)系統(tǒng)效率提升5-8個(gè)百分點(diǎn)，每年節(jié)約的電量相當(dāng)于2-3個(gè)三峽電站的發(fā)電量。目前國(guó)內(nèi)高效節(jié)能電機(jī)滲透率不到10%，這意味著未來(lái)兩年每年滲透率提升至少10個(gè)點(diǎn)。綠色節(jié)能的稀土永磁電機(jī)，綜合節(jié)能率達(dá)到15%。據(jù)《稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能應(yīng)用》，在不考慮殘值的情況下，相同功率的稀土電機(jī)與普通電機(jī)相比節(jié)約成本7212元/年。大約28個(gè)月可從節(jié)約的電費(fèi)中收回稀土電機(jī)的投資成本。并且，由于稀土電機(jī)本身發(fā)熱量小，軸承潤(rùn)滑脂的更換周期由3個(gè)月延長(zhǎng)到1年，軸承使用壽命也由18個(gè)月延長(zhǎng)到3年（軸承均采用國(guó)產(chǎn)普通軸承）。3重點(diǎn)公司分析：金力永磁3.1公司簡(jiǎn)介公司主要生產(chǎn)高性能稀土永磁材料，應(yīng)用于新能源和節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域,包括風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車及汽車零部件、節(jié)能變頻空調(diào)、節(jié)能電梯、機(jī)器人及智能制造。釹鐵硼永磁材料行業(yè)屬于稀土深加工，是稀土下游行業(yè)應(yīng)用最為成熟的領(lǐng)域，稀土行業(yè)相關(guān)法律法規(guī)及產(chǎn)業(yè)政策對(duì)稀土永磁材料行業(yè)影響深遠(yuǎn)。公司于2022年1月14日在H股上市，成為稀土永磁行業(yè)第一家A+H上市公司。3.2核心競(jìng)爭(zhēng)力分析公司一直致力于高性能釹鐵硼永磁材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，并專注于新能源和節(jié)能環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域，是高性能釹鐵硼永磁材料行業(yè)發(fā)展最快的公司之一，積累了較為雄厚的客戶基礎(chǔ)和豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，在行業(yè)內(nèi)樹(shù)立了良好的品牌形象，具備較為突出的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，具體如下：（1）公司在新能源和節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域具有較為領(lǐng)先的市場(chǎng)地位。目前，公司是全球領(lǐng)先的新能源汽車、節(jié)能變頻空調(diào)及風(fēng)電領(lǐng)域磁鋼供應(yīng)商，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。作為全球新能源汽車行業(yè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)用磁鋼的領(lǐng)先供應(yīng)商，公司產(chǎn)品已被全球前十大新能源汽車生產(chǎn)商采用，公司是比亞迪、特斯拉等新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的磁鋼供應(yīng)商，上汽集團(tuán)、蔚來(lái)、理想汽車都是公司的最終用戶，公司還是大眾集團(tuán)MEB純電動(dòng)平臺(tái)項(xiàng)目配套的稀土永磁材料供應(yīng)商，以及美國(guó)通用汽車公司BEV3全球電動(dòng)車平臺(tái)的稀土永磁材料的定點(diǎn)供應(yīng)商，2022年，公司新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)磁鋼產(chǎn)品銷售量可裝配新能源乘用車約286萬(wàn)輛，按照CleanTechnica公布的2022年全球新能源乘用車銷量1,009.12萬(wàn)輛計(jì)算，公司全球市場(chǎng)占有率約28%。在節(jié)能變頻空調(diào)領(lǐng)域，公司主要客戶包括美的、格力、上海海立、三菱等知名品牌，市場(chǎng)占有率處于行業(yè)領(lǐng)先水平，2022年，公司節(jié)能變頻空調(diào)領(lǐng)域收入達(dá)到18.32億元，較上年同期增長(zhǎng)30.86%，2022年公司節(jié)能變頻空調(diào)磁鋼產(chǎn)品銷售量可裝配變頻空調(diào)壓縮機(jī)約5,028萬(wàn)臺(tái)。在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，公司的最終客戶主要是金風(fēng)科技和西門子-歌美颯等，2022年，公司在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域收入達(dá)到7.18億元，公司該領(lǐng)域產(chǎn)品銷售量可裝配風(fēng)力發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量約8.29GW。2022年，公司于機(jī)器人及工業(yè)伺服電機(jī)領(lǐng)域收入達(dá)到2.53億元，較上年同期增長(zhǎng)145.17%，主要客戶包括博世力士樂(lè)等。此外，2022年公司3C領(lǐng)域收入達(dá)到1.96億元，較上年同期增長(zhǎng)22.33%。公司還積極布局節(jié)能電梯、軌道交通等新能源及節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，已經(jīng)成為這些領(lǐng)域重要的高性能磁鋼供應(yīng)商之一。（2）公司在與各領(lǐng)域龍頭企業(yè)緊密合作過(guò)程中形成了較為成熟的經(jīng)營(yíng)模式。公司與新能源和節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域頂尖的客戶建立了穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系，這些大型知名企業(yè)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)要求十分嚴(yán)格，產(chǎn)品評(píng)鑒及認(rèn)證周期比較長(zhǎng)，為滿足其品質(zhì)、技術(shù)及管理體系要求，公司在研發(fā)、制造、供應(yīng)鏈管理、客戶服務(wù)及企業(yè)文化等方面不斷優(yōu)化，形成了與客戶需求相適應(yīng)的較為成熟的經(jīng)營(yíng)模式。公司堅(jiān)持以客戶為導(dǎo)向，不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)品差異化設(shè)計(jì)。公司將技術(shù)服務(wù)前移到客戶端，運(yùn)用自身在釹鐵硼永磁材料方面的專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，參與客戶新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，協(xié)助客戶優(yōu)化產(chǎn)品性能、降低產(chǎn)品成本，提供全方位技術(shù)解決方案。公司實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系并具備行業(yè)領(lǐng)先的精益生產(chǎn)能力，公司的產(chǎn)品交付能力及生產(chǎn)效率在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。這些成熟的經(jīng)營(yíng)模式，為公司與現(xiàn)有大客戶保持穩(wěn)定的合作關(guān)系，以及開(kāi)發(fā)新的客戶，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2022年4月，公司榮獲比亞迪-弗迪動(dòng)力有限公司授予的2021年度“優(yōu)秀供應(yīng)商”獎(jiǎng)項(xiàng)；2022年9月，公司再次獲得聯(lián)合汽車電子（UAES）“優(yōu)秀供應(yīng)商”獎(jiǎng)項(xiàng)。2022年11月，在2022博世亞太區(qū)供應(yīng)商大會(huì)頒獎(jiǎng)典禮上，公司榮獲“2022亞太區(qū)創(chuàng)新供應(yīng)商獎(jiǎng)”。（3）公司為全球領(lǐng)先的高性能稀土永磁材料生產(chǎn)商。2022年，公司的高性能稀土永磁材料產(chǎn)量為12,786噸，其中使用