人形機器人行業的高額融資早就屢見不鮮,但是近期,有一家生產靈巧手公司,在種子輪就融資超億元,由紅杉種子基金、萬凱新材領投,力合資本、力合金融、華倉資本、鞍羽跟投。該輪融資是靈巧手行業迄今為止金額最大的種子輪投資。
機器人靈巧手作為一種新型的末端執行器,在機器人與環境的交互中起著關鍵作用。工業機器人一般使用專用的夾爪進行操作,夾爪是針對特定任務設計的執行器,具有成本低、效率高的優勢,但通用性差。而人形機器人的操作對象具有不確定性,需要執行器具備高度的靈活性,也就是需要靈巧手。人形機器人所提供的價值,將主要通過靈巧手的方式展現。
今天為大家介紹靈巧手的兩大組成部分:
①驅動模塊:電機驅動是目前靈巧手主流的驅動方案,空心杯電機、無刷直流電機、無框力矩電機均有應用,目前空心杯電機為主流方案。
②傳動模塊:靈巧手的傳動裝置是連接驅動系統與執行末端(手指關節)的核心組件,其核心作用是將動力源的旋轉或線性運動轉化為手指關節的精準運動,從而實現抓取、捏合、旋轉等復雜操作。
#01驅動模塊—空心杯電機
機器人靈巧手結構緊湊,需要在有限的空間中集成多個電機,從而實現多個指關節的靈活度,而扭矩的大小又決定了手指關節的抓握力度,因此高功率密度(有限體積內提高輸出功率)的電機應為靈巧手驅動單元的優選。
空心杯電機作為人形機器人靈巧手末端執行器的核心零部件,可分為有刷空心杯電機和無刷空心杯電機。
1、兆威機電
機器人靈巧手需要使用微型電機,體積小,精度高,生產難度高。針對人形機器人應用的空心杯電機直徑通常在13mm及以下,且通常以幾萬-10萬轉每分鐘的高速運轉、各機械件公差配合難度高,對精密制造能力要求很高。
海外廠家空心杯電機品類齊全,Faulhaber、maxon空心杯直徑可小到3-5mm,國內廠家少有12mm以下的空心杯電機。兆威機電是國內少數能生產直徑10mm以下電機的廠商,目前直徑達到6-12mm,兆威已經在進行4mm電機的研發,有望打破壟斷。
兆威機電基于電機和減速器等關鍵部件自主生產能力,在2024年11月14日,正式推出其手指集成驅動的高可靠靈巧手。該靈巧手整機擁有17個主動執行單元,單只手指自由度大于等于3個。整手的關鍵組件全部采用自主研制,包括電機、減速器、控制器等,其中高效高功率密度傳動模組的設計壽命高達10年。
#02傳動模塊——健繩傳動
常見的傳動方式,包括有腱繩傳動、連桿傳動、齒輪蝸桿傳動、帶傳動等。
腱繩傳動是目前靈巧手研究中被廣泛應用的一種傳動方式,腱繩在一定程度上模擬了人手的肌肉驅動的能力,抗拉能力強。由于腱繩傳動所需的驅動器在遠端,這就減輕了手指末端的負載和轉動慣量,提升了抓取的速度和靈活性,容易實現手指的多自由度彎曲和電機驅動力的遠距離傳輸,適用于高自由度靈巧手,在機器人領域具有重要應用價值。
特斯拉的Optimus機器人全新Gen3靈巧手采用“齒輪箱+絲杠+腱繩”的傳動方案,其中一級傳動使用行星齒輪箱,二級傳動通過絲杠提供高精度線性驅動,三級傳動則通過腱繩實現手臂模組與手指之間的連接。
腱繩材料整體分為不銹鋼、高分子纖維兩類,其中高分子纖維使用更為廣泛。HMWPE(超高分子量聚乙烯纖維)是目前使用較為廣泛的腱繩材料。在線性密度相同的情況下,該材料抵抗拉伸的強度是鋼絲繩的15倍,同時具有低密度、抗切割、耐化學腐蝕、耐磨損、耐沖擊等優良性能。
1、南山智尚
公司是國內精紡呢絨龍頭,積極布局新材料化纖業務。公司深耕毛精紡及服裝傳統主業的同時,打造毛紡服裝與新材料“雙鏈協同”發展體系,實現了傳統主業與新材料業務的協同發展。
超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)是一種分子量在100萬以上的高性能纖維,具有高強度、耐磨損、耐低溫、耐紫外線和耐腐蝕等特點,是目前比強度和比模量最高的纖維之一,常與碳纖維和芳綸并稱為三大高性能纖維。
目前世界上只有荷蘭、美國、日本和中國4個國家實現了UHMWPE纖維規模化生產。根據現代化工發布的《UHMWPE纖維現狀及趨勢》,2023年UHMWPE纖維海外產能約為2.2萬噸/年。美國埃萬特、美國霍尼韋爾和日本東洋紡3家企業占據著海外UHMWPE纖維約90%產能,產能分別為14200噸/年、3200噸/年和3000噸/年。
超高分子量聚乙烯纖維因其優異的物理性能和化學穩定性,成為靈巧手腱繩的理想材料。隨著人形機器人行業的快速發展,靈巧手作為不可或缺的關鍵組件,其市場需求顯著增長。從國外多家頭部公司的案例中可以看出,超高分子量聚乙烯纖維作為靈巧手腱繩材料的選擇更為廣泛。這種材料在高精度、頻繁使用、長期受力的條件下,能夠滿足靈巧手動力傳動的要求。
公司擁有超高分子量聚乙烯纖維3600噸產能,12條生產線,通過前期的大量自主研發,已具備技術領先優勢,纖維品質及強度位居國內第一梯隊。在投資者互動平臺上,公司確認已經與多家機器人公司進行技術交流,還將在電子皮膚和傳感器領域進行拓展。
注意:
以上公司均為長期邏輯。
*以上分析討論僅供參考,不構成任何投資建議。
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