从去年8月19日,马斯克首次在特斯拉AI日活动上推出人形机器人‘擎天柱’概念,不到一年的时间,特斯拉的人形机器人就要面世了。6月23日下午,马斯克在采访时表示,“人形机器人‘擎天柱’将在9月30日的特斯拉AI日活动上面世。”
人们对新事物的态度总是善变。去年,外媒及行业人士对特斯拉人形机器人的唱衰似乎还历历在目:
“说它是放屁都算客气的了。我不是说马斯克不应该做这样的研究,而是这种宣传通常是夸大的。” “虽然我们欣赏马斯克的长期科技愿景,但特斯拉机器人不是投资者想看到的,相反,他们更关注芯片、FSD(完全自动驾驶)”……
今年,舆论出现翻转。一边是特斯拉人形机器人战略的稳步推进:1月份,马斯克在财报电话会表示,开发“擎天柱”是比做汽车更重要的业务;4月,重申对机器人业务的重视,并透露最早于2023年生产;6月,为了能让“擎天柱”在AI日隆重亮相,将原本定在8月的活动日推后至9月底。
一边是,“擎天柱”即将面世带动“机器人概念”大火。6月以来,机器人概念持续走高,景业智能、埃斯顿、江苏北人、江苏雷利等涨超5%,巨轮智能更是一度拉升翻红,股价从6月20日怒涨481%,至7月11日的4.81元。
宁波中大力德股价从5月初的11.52元,飙升至7月1日的22.17元,股价接近翻番; 国茂股份6月持续上涨,最近90天内共有10家机构给出评级,买入评级8家,增持评级2家; 国内精密减速器龙头,绿的谐波更是拉升涨超15%,而早在5月之前,绿的谐波就接受了Aberdeen、AIIM等73家机构调研,被国信证券等多家证券评为买入。
这背后的问题是,为什么人形机器人一出,减速器就火了?减速器是否能乘上人形机器人带来的东风,扶摇直上?国内减速器进展如何,能吃上这一波红利吗?
一、人形机器人上,精密减速器大有可为
特斯拉人形机器人“擎天柱”概念发布,引爆减速器市场;如若量产,则减速器市场一飞冲天。
先来看人形机器人和减速器的关系:
中国电子工业学会将机器人划分为工业机器人、服务器机器人和特种机器人三种。其中工业机器人是指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,在工业生产加工过程中通过自动控制来代替人类执行某些单调、频繁和重复长时间作业。
根据以上定义,特斯拉人形机器人本质上属于工业机器人。
那问题来了,工业机器人不是一个新概念,而且在疫情的推动下,出于特殊场景(如防疫区消毒等)和工业生产(在复工复产,用工难等问题下,大力代替传统人力)的需求,工业机器人也迎来了爆发,为什么特斯拉人形机器人面世消息一出,机器人概念和减速器就炸了呢?
从定义上划重点:一是多关节机械手;二是代替人类执行某些单调、频繁和重复的长时间作业。这两点分别对应减速器功能应用,和特斯拉人形机器人的制造愿景。
减速器,是链接电机与执行动力机构的闭式传动装置,作用原理为“利用齿轮啮合,降低电机转速,传递更大转矩”。绝大数电机负载大、转速低,不适宜用原动机直接驱动的工业场景,需配用减速机。
减速器按照行业分类可以分为,通用减速器、专用减速器和精密减速器三种,具体应用到工业机器人上,因为要进行抓取、放置等“失之毫厘差之千里”的精密动作,所以,多采用精密减速器,即RV减速器和谐波减速器两种。
简单说,减速器相当于机械臂的“关节”。当工业流水线上的员工,替换成机器人机械臂,又硬又直的钢铁要靠这些“减速器”完成,定位精度和重复定位精度要求很高的动作。
其中,在机械部底座、肩部起支撑作用的多为RV减速器,可理解为“大关节”;到执行操作的小臂、腕部等,则主要为“小关节”谐波减速器。一般来说,一台六轴机器人共使用6个减速器,其中底座、肩部使用RV减速器(2个),其余部分使用谐波减速器4个。
疯狂如特斯拉,连皮肤都严格仿生的擎天柱(擎天柱肩部以下皮肤由轻量材料覆盖,声称比人的皮肤更光滑),想实现接近人类的活动自由度,关节上又怎会马虎?
人的身体有78个关节,其中使用谐波减速器和肘关节、腕关节、指关节和趾关节就共有60个;剩余的18个关节则用RV减速器。人形机器人使用减速器数量之大,想不被关注都不行。
重点是,减速器在工业机器人成本中占比还很高。据亿欧智库《2022中国工业机器人市场研究报告》,减速器、控制器和伺服系统,这三大核心零部件的成本分别占工业机器人总成本的30%、20%及10%。
根据目前特斯拉人形机器人约20万人民币的报价,也就是说,一台擎天柱中,减速器的成本大概在6万人民币。
而中信建投证券预测,特斯拉人形机器人2023~2025年产量分别为20万、50万及100万台,即2023年,仅特斯拉一家,其人形机器人业务将带来百亿(120亿)市场减速器市场。能搅动科技场的特斯拉的带领下,人形机器人市场又何尝只有一家企业?
用量大、成本高,已经打造了一个超级市场。何况,磨损、维修又给减速器的用量新增了几成。
前面说到,减速器相当于人的关节,人类工作久了,还会去健身、按摩,让身体恢复最佳状态继续工作,那连接沉重机械的减速器自然也会历经磨损,需要维修和替换,毕竟减速器性能的好坏直接影响机器人的性能。
前瞻产业研究院数据,减速器本身有额定的工作寿命,需要定期更换;而工业机器人的工作寿命一般为8~10年,维修保养、替换也为减速器带来了不小的市场空间。
市场需求和规模加持下,减速器的未来一片光明。
但这一切美好都建立在人形机器人能够量产,并且大规模应用的基础上,压力给到特斯拉这边。
二、为什么大家相信特斯拉画的饼?
和去年马斯克被喷用PPT画饼相比,今年特斯拉的发布会上,多了人形机器人造价、上市时节等落地信息。
结合特斯拉关于人形机器人的画像和构想,可作出以下分析:
先看特斯拉人行机器人的“面子”——最像人的机器人。
根据,此前公布的参数,特斯拉的 Optimus 擎天柱身高1.72m、体重 56kg,最快行走速度 8km/h,最多可提 45 磅的物品。同时,擎天柱还具备灵巧的“四肢”和聪明的“眼睛”,甚至,身体皮肤也由轻量材料覆盖,比人的皮肤还要光滑。
其次,看看擎天柱的“里子”,根据人行机器人的三大基本要素进行对比:
执行器:伺服系统、减速器、驱动单元等; 控制器:工控系统、AI系统等; 传感器:本体感受传感器、触觉+视觉+声音传感器、机器视觉等
上一部分我们讨论的,被特斯拉人形机器人带火的“减速器”属于执行器层面,这一层,更多的理解为,当掌握了控制器、传感器等机器人核心技术后,才去考虑减速器、伺服系统等硬件零部件的供应链问题。所以这一层暂且按下不谈。
除了外表最像人之外,特斯拉在“动起来像人”以及“像人一样思考”上用力。而特斯拉在自动驾驶上的相关技术基础就可以很顺畅地迁移过来。
具体参数上:
行走能力上,擎天柱的四肢由 40 个机电执行器控制;双脚可感应反馈,实现平衡和敏捷动作。
擎天柱的“眼睛”,走特斯拉汽车的纯视觉路线——摄像头+车载 FSD 芯片方案。
在汽车方案中,前者采集信息(2D图像)映射到3D空间,然后通过神经分析进行感知(通过算法实时绘制地图)、规划(在动态的路径变化中,选择最舒适和安全的方案)以及控制(向车辆发出转向或加速指令)。
而这一方案同样适用人形机器人。而且纯视觉技术路线具有成本低、符合人眼逻辑的优势,在数据积累达到一定规模后更会产生质变,直至达到比肩、超越激光雷达方案的自动驾驶表现。而数据积累正是特斯拉的优势所在,截止2021年9月,特斯拉已经积累了60亿英里的车队数据,经过特斯拉车内网络训练的图像有3.71亿张。
行业技术层层被压制,国产厂商只得从具体的场景服务上寻找突破口。
产业上,尽管绿的谐波已成功配套工业机器人四大家族之一的ABB;但是曾有行业人士透露,ABB、发那科、安川、库卡等国际主流机器人整机厂商均由两家日本公司提供减速机,并且有着非常苛刻的合作条件,即在使用这两家公司产品时不能再使用别家的产品,否则将解除合作关系。
也就是说,和高端精密机器人的适配没有路径。但是,减速器作为工业机器人领域较为通用的一个零部件,可以广泛和下游布局食品、物流、3C等行业的工业机器人合作,在各场景中积累数据和经验。
何况,国内工业机器人本体厂商还是一个好搭档:
一方面,本土机器人已经在3C、半导体、液晶等行业积累了一定的市场份额;
另一方面,为更好实现本土机器人崛起,国内厂商与下游企业做到深度的链接和匹配,从对加深行业的理解争夺更多市场。比如,珞石机器人为帮阳江刀具产业定制自动化方案,派驻团队入驻企业,从头学习开刃。
国产机器人厂商如此努力,市场份额逐渐做大的情况下,减速器这个零部件也被带动加速国产替代的进程。
特斯拉人形机器人火了,饥渴已久的市场,已经很久没有遇到这样让人兴奋的新概念了。也许现在本土机器人本体和减速器等核心零部件厂商,都实力有限,吃不到市场上最大的那块肉,但,风口之下,喝口浓汤不成问题。
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