机器人的江湖如同华山论剑,群雄争霸,而今亦有两大绝学并立乾坤:一曰“降龙十八掌”,刚猛无俦,乃无框力矩电机所化;一曰“弹指神通”,精妙入微,系空心杯电机所成。
昔日郭靖郭大侠凭降龙掌威震襄阳,掌力所及,金石为开;东邪黄药师以弹指神通独步桃花岛,指风过处,落叶可伤。
此二者一刚一柔,一宏一微,恰似当今人形机器人体内两股真气,流转不息,共铸不朽机械之躯。
01 双绝出世 各领风骚
机器人产业的江湖格局逐渐清晰,各家“武林门派”正争夺新一代机器人技术的制高点,从特斯拉的Optimus、波士顿动力的Atlas,到国内的后起之秀宇树科技,优必选等。在这个江湖中,机器人执行器的电机就相当于武林高手的筋骨与经脉,决定了机器人运动的最终表现。其中尤以无框力矩电机和空心杯电机最为关键,它们分别代表了两种截然不同的武学理念。
这两大“武学”在人形机器人中各有分工,却又相辅相成。腰部、腿部等大关节需降龙掌般的雄厚内力,而手指、腕部等小关节则需要弹指神通般的精妙控制。
02 降龙真诀 直驱大道
无框力矩电机者,实为“去壳存真”之道。
无框力矩电机是伺服电机的一种,它的设计理念暗合降龙十八掌“至刚至阳,外放内力”的武学真谛。传统伺服电机如同配备精良武器的武士,而无框力矩电机则是内功深厚的掌法大家,摒弃了一切外在依赖。
这种电机去除了传统的外壳、轴承和输出轴结构,只保留最核心的定子与转子组件,可直接集成到机器人的关节中,最大限度地优化了空间和重量,如同郭靖练成后,将降龙十八掌化繁为简,掌力却更为精纯雄厚。
在人形机器人领域,无框力矩电机主要承担“核心发力”任务,在髋关节、膝关节、肩关节等大负载部位,正需要降龙掌那般“见龙在田”的稳重与“飞龙在天”的爆发力。
相较于传统电机通过减速器放大扭矩获得更大力量的方式,无框力矩电机实现了直接驱动,这种方式避免了传动间隙和能量损耗的问题,提高了响应速度和控制精度,但也对电机的扭矩密度和热管理提出了更高要求。
03 弹指玄功 微末神通
空心杯电机之妙,尽在“空”“杯”二字。空者,无铁芯之累;杯者,形巧而容大。
如果说无框力矩电机是刚猛的降龙十八掌,那么空心杯电机便是精妙的弹指神通。这种电机得名于其空心的杯形转子结构,如同黄药师弹指间的石子,体积虽小,却能精准击中要穴。
空心杯电机摒弃了传统电机的铁芯结构,大幅降低了转子的转动惯量,实现了极快的响应速度。这正合弹指神通“动念即发,瞬息即至”的特点,当机器人需要快速调整手指姿势或眼球追踪时,空心杯电机的优势尽显。
在人形机器人灵巧手设计中,空心杯电机扮演着“精细操控”的角色。每个手指关节可能都需要独立的驱动,而空间极为有限,这些电机需要在毫秒级时间内做出微调,确保机器人在复杂动作中保持平衡。
从技术特点看,空心杯电机的“巧劲”体现在三个方面:一是功率密度极高,小小体积能输出惊人力量;二是运行极为平稳,几乎无振动和噪音;三是控制精度出众,可实现毫牛米级别的精细力矩控制。
04 双绝合璧 天下无双
真正顶尖的机器人,必然是无框力矩电机与空心杯电机完美配合的产物,如同一位同时精通降龙十八掌与弹指神通的武学奇才。这种配合不是简单的叠加,而是有机融合,形成“刚柔并济,内外兼修”的完整运动体系。
在人形机器人执行复杂任务时,两种电机的协作模式清晰可见。当机器人需要从地面拾取一枚鸡蛋时,无框力矩电机控制的腰、腿部提供稳定的支撑和适当的蹲姿,如同降龙掌的沉稳根基。
与此同时,空心杯电机驱动的手腕和手指进行精细的接近、握持动作,如同弹指神通般的精准控制。二者协同工作,确保机器人既不会因力量不足而无法完成动作,也不会因用力过猛而捏碎鸡蛋。
从进化路径看,未来这两种技术可能走向更深度的融合。模块化、一体化的“智能关节”概念逐渐兴起,将无框力矩电机或空心杯电机与减速器、编码器、驱动器集成封装,提供即插即用的解决方案。
这好比将降龙十八掌的掌力与弹指神通的手法融合创出一门新武学,既简化了机器人制造商的集成难度,也提高了系统可靠性和性能上限。国内外厂商均已在这一领域布局,预示着机器人执行器技术将进入新的“武学境界”。
05 江湖风云 投资之道
机器人的投资江湖暗流涌动,无框力矩电机与空心杯电机作为两大“绝学”,其投资逻辑各有特点,却又相互关联。
无框力矩电机领域,投资者应关注“内力修为”的深度。关键技术指标包括扭矩密度、峰值扭矩持续时间和热管理能力。这些指标直接决定了机器人关节的功率输出和持续工作能力,如同衡量一位内家高手的内力深厚程度。
产业角度看,国内的无框力矩电机厂商可以重点关注产销龙头的$步科股份(SH688160)$、拥有“高密度,低温升”技术领先的$雷赛智能(SZ002979)$、以及昊志机电、卧龙电驱等厂商都试图在国产替代的江湖大势中分一杯羹。
供应链角度看,无框力矩电机的核心在于高性能永磁材料和精密加工工艺。上游钕铁硼磁材供应商如正海磁材、中科三环、宁波韵升,而唯科科技的精密结构件同样也是科尔摩根、尼得科等全球无框力矩电机头部厂商的长期核心供应商。
而空心杯电机领域,则需聚焦“手法精妙”的程度。关注重点包括功率密度、效率曲线和寿命可靠性。特别是在人形机器人灵巧手应用中,这些指标决定了精细化操作的天花板。
产业链上,重点可以关注全球领先的精密电机研发能力和医疗级产品认证的$鸣志电器(SH603728)$,还有国产微型空心杯电机的技术龙头鼎智科技,都是值得关注的“招式变化”。
随着人形机器人从实验室走向量产,执行器成本占比可能高达30%-40%,这一领域的头部企业有望享受行业增长与国产替代的双重红利。
06 武道无穷 未来可期
暮色渐沉,实验室中宇树机器人缓缓收势。其体内降龙之力渐息,弹指真气渐收,恰似高手练功完毕,神光内敛。
窗外明月当空,不禁想起《九阳真经》中语:“他强由他强,清风拂山岗;他横由他横,明月照大江。”机器人武林纵有百派争鸣,技术迭代纵有千般变化,唯掌握核心“内力”与“巧劲”者,方能如山岗不移,如大江长流。
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