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7月6日，2023世界人工智能大會在上海開幕。作為科技圈的明星代表，特斯拉首次應邀參展，現場展示了Tesla
Bot人形機器人。
該人形機器人身高172cm，體重56.6kg，就是一個正常成年人的身形。機器人全身擁有28個自由度，就如同人體的關節。手部有11個自由度，可以更加靈活的抓握，且力大無比，可以單手舉起一臺鋼琴。
馬斯克認為，現在可能是人類歷史上最深刻的一個時期，特斯拉的人形機器人還在開發階段，處于比較早期的階段，但未來將會有非常多的機器人。在現在看來，機器人和人類的比例在某個階段將會超過1:1。
特斯拉機器人硬件部分三大核心部位在于旋轉關節、線性關節、手部關節。
旋轉關節：采用旋轉式驅動器，主要由電機+諧波減速器+位置傳感器+力矩傳感器構成。
線性關節：采用線性驅動器，主要由無框力矩電機/步進電機+行星滾柱絲杠/滾珠絲杠+力矩傳感器+編碼器+軸承組成。
手部關節：由空心杯電機+螺紋絲杠+精密行星齒輪箱+編碼器。 特斯拉驅動器圖示：  資料來源：Tesla AI Day2022 發布會
其中，人形機器人的線型關節是實現機器人運動和動作控制的核心部件，包括行星滾柱絲杠、靈活傳感器和智能編碼器等。行星滾柱絲杠作為一種精準傳動裝置，具有高精度和高剛度，已經在機器人領域得到應用；靈活傳感器可以適應不同的形狀和變化，用于機器人的接觸感知和力控制；編碼器作為伺服系統的反饋裝置，很大程度上決定伺服系統精度。
01 無框力矩電機
無框力矩電機一種特殊的力矩電機，但沒有軸、軸承、外殼、反饋或端蓋，只包含轉子和定子。
定子是外部部件，外面包覆著能產生電磁力的銅繞組，整體緊湊地安裝在機器外殼的主體內；轉子是內部部件，由帶永磁體的旋轉鋼圓環組件構成，直接固定于機器軸上。人形機器人關節體積有限，需要在有限的體積內實現盡可能高的功率密度，從而達到最好的效果。無框力矩電機集成到機器人結構中，能夠最大限度減小電機占用空間。 資料來源：特斯拉發布會
無框力矩電機相較于標準伺服電機技術難度更高，因為無框力矩電機屬于低壓電機，但其要求輸出的功率較大，同時又要求體積較小，便于安裝和節約空間。從收入體量看，海外品牌實力強勁，國產品牌規模仍較小。
國外參與企業主要是科爾摩根、Moog、Maxon Motor等。國內具有先發優勢的廠商主要有步科股份、昊志機電、匯川技術、禾川科技等。步科股份全新第三代FMC 無框力矩電機系列系自主研發設計，性能優于同業產品，產品尺寸可實現與國際接軌，相較于外資品牌成本優勢明顯，且可提供定 制化解決方案。昊志機電的 DD直驅電機運用獨創的模塊化定子結構、創新設計的電機冷卻 結構，使得電機的冷卻效率最大化，進而提升了電機的輸出特性。
02 行星滾柱絲杠：國產替代藍海市場
機器人傳動裝置包括齒輪傳動（圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、齒輪鏈傳動、齒輪齒條傳動、蝸輪蝸桿傳動等）、絲杠傳動、行星齒輪傳動和RV減速器傳動外，還常用柔性元件傳動（諧波齒輪傳動、繩傳動和同步齒形帶傳動等）。其中滾珠絲杠在機器人上大量應用（低成本機器人也會采用普通絲杠）。行星滾柱絲杠最早在1942年發明，但是由于結構復雜、加工難度大和成本高，一直沒有得到廣泛應用。相比滾珠絲杠副，行星滾柱絲杠在承載能力、傳動效率、壽命方面具有顯著優勢，基于行星滾柱絲杠開發的電動缸性能更優。行星絲杠與滾珠絲杠主要的區別在于負載的傳遞單元使用螺紋滾柱而不是滾柱。 來源：《行星滾柱絲杠副產品產業化應用分析》人形機器人、精密機床等行業的發展帶動了國內企業在行星滾柱絲杠方面的投入。特斯拉“Optimus”采用行星絲杠作為下肢的線性驅動器：國內行星滾柱絲杠目前還處于早期階段，生產難度較大，國內企業較少布局。近年來以華中科技大學、西北工業大學、南京理工大學為代表的高校力量逐步推動底層研究。中國目前的主要參與企業包括秦川機床、鼎智科技（江蘇雷利子公司）、新劍傳動等廠商。秦川機床子公司漢江機床在滾柱傳動系統方面布局較早，2014年漢江機床取得整體注塑滾柱直線導軌副專利。此后，公司進一步拓展滾柱導軌類新產品，并逐步就滾柱絲杠副進行研究。2020年，漢江機床完成滾柱直線導軌副等15項絲杠產業新產品開發，完成滾柱絲杠副可靠性試驗等基礎性能試驗5項。鼎智科技產品包括線性執行器、混合式步進電機等，是全球線性執行器產品領域內較少數具備絲杠部件和螺母部件獨立生產能力的企業。其中，公司線性執行器包括滑動絲杠、滾動絲杠，行星滾柱絲杠。公司在微型行星滾柱絲杠的研發與生產上已有里程碑式達成。該產品與滾珠絲杠相比負載能力更高、使用壽命更長，可以適應更極端的環境；與梯形絲杠相比精度和效率更高。新劍傳動公司行星滾柱絲杠電動缸產線系列產品已于2022年3月實現批量化生產。該產品是省級首臺套，替代進口卡脖子工程，將成為液壓驅動、滾珠絲杠電動缸的未來技術主力替代方案。公司建有國內行星滾柱絲杠首條批量化生產線，行星滾柱絲杠已建成350萬套的批量化生產能力，并在汽車行業首先進行了應用。
03力矩傳感器：為機器人提供觸覺，產品價格昂貴
力矩傳感器是一種電子裝置，用于監測、檢測、記錄施加在其上的線性力和旋轉力，常用于打磨、拋光碰撞檢測等領域。根據MarketInsight，2022年全球力矩傳感器市場空間為84億美元，約600億元。按照測量維度上分，力矩傳感器可分為一維至六維傳感器，其中六維傳感器可測量X、Y、Z三軸力和力矩。2022年，在接受高工機器人采訪時，坤維科技創始人熊琳表示：“一臺高性能的進口力傳感器的價格頂得上國內一臺協作機器人的價格，導致國內機器人行業用不起，加之標校能力和生產方式等多方面的約束，國內多數六維力傳感器廠商無法滿足產能需求，阻礙了第三代工業機器人的發展。”其技術難點主要在于，六維力傳感器除了要解決對所測力分量敏感的單調性和一致性問題外，還要解決因結構加工和工藝誤差引起的維間（軸間）干擾問題、動靜態標定問題以及矢量運算中的解耦算法和電路實現。高性能六維傳感器價格從幾千到上萬不等，價值量較高。國內參與者主要是昊志機電、宇立儀器（安川電機、KUKA、ABB的力傳感器合作商）、坤維科技（供貨給節卡、遨博、睿爾曼、越疆、思靈、大族等國內協作機器人廠商）。
04
編碼器：決定伺服系統精度
編碼器作為伺服系統的反饋裝置，很大程度上決定伺服系統精度。伺服驅動器驅動電機轉動，編碼器將反饋信號輸入控制器，這樣便能得到電機的轉速、位置等狀況。控制器根據編碼器的反饋信號計算偏差，再次控制電機，糾正偏差。通常檢測電機的位置并不復雜，但是很多電機運行環境惡劣，對于編碼器精度、分辨率、牢固性以及成本等方面提出諸多要求。目前我國編碼器市場行業前三海德漢、多摩川、禹衡光學占據了50%的份額。資料來源：MIR、中信證券
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