當(dāng)人形機(jī)器人的手指試圖精準(zhǔn)抓取一枚硬幣，其關(guān)節(jié)處的方寸之地正進(jìn)行著毫厘級(jí)的精密布控。
8 月 10 日，北京亦莊，世界機(jī)器人大會(huì) C 館，一個(gè)人流密集的展臺(tái)上擺放著幾排外徑不一的圓柱體和方形黑盒，它們便是貝豐科技此次帶來(lái)的電機(jī)、齒輪箱及驅(qū)動(dòng)器新品——針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的一整套解決方案，電機(jī)是其中的核心部件。
從靈巧手到微型電機(jī)的縱深處，一條國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈正被高倍顯微鏡聚焦。
" 四痛 " 當(dāng)頭毫厘間盡現(xiàn)精密博弈
微型電機(jī)被譽(yù)為人形機(jī)器人的 " 肌肉纖維 "，其性能直接決定著靈巧手的操作精度與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的流暢度。長(zhǎng)期以來(lái)，微型電機(jī)行業(yè)面臨四大痛點(diǎn)。
壽命與可靠性是首要難題。機(jī)器人電機(jī)需高頻次、長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，過(guò)熱導(dǎo)致的線圈燒毀、磁鋼退磁等問(wèn)題，令整機(jī)隨時(shí)可能 " 罷工 "。
帶載能力不足則限制了機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景。功率密度低、額定轉(zhuǎn)矩小的電機(jī)，在搬運(yùn)重物或執(zhí)行高強(qiáng)度作業(yè)時(shí)往往只能 " 小馬拉大車 "，力不從心。
噪聲與振動(dòng)失控形成惡性循環(huán)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)不僅影響操作精度，還會(huì)產(chǎn)生額外應(yīng)力加速零部件老化，進(jìn)一步縮短使用壽命。
效率低下則直接制約續(xù)航。銅損、鐵損、機(jī)械損耗等多重?fù)p耗疊加，導(dǎo)致電機(jī)電磁轉(zhuǎn)換效率普遍低，直接把執(zhí)行機(jī)構(gòu)的續(xù)航時(shí)間 " 吃 " 掉了一大截。
在直徑僅 10 - 22mm 的狹小空間內(nèi)，需同時(shí)達(dá)成高功率、高轉(zhuǎn)矩、低噪聲以及長(zhǎng)壽命等性能要求，其技術(shù)難度之高，堪比 " 在芝麻上刻字 "。而在人形機(jī)器人從技術(shù)驗(yàn)證階段，邁向追求量產(chǎn)與成本控制的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型方向下，相關(guān)技術(shù)突破更是迫在眉睫。
靈巧手種類多樣，不同電機(jī)驅(qū)動(dòng)在精度、靈活性、成本等多方面各有優(yōu)劣。目前，空心杯電機(jī)、無(wú)框力矩電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)是電驅(qū)的三條主流路線。
空心杯電機(jī)沒(méi)有鐵芯轉(zhuǎn)子因此慣量極低，啟動(dòng)、剎車都可在毫秒級(jí)完成；無(wú)框力矩電機(jī)則更像 " 肌肉塊 "，定轉(zhuǎn)子分體設(shè)計(jì)，扭矩密度高，負(fù)載能力強(qiáng)，在人形機(jī)器人的肘、肩等大關(guān)節(jié)里表現(xiàn)搶眼；無(wú)刷有齒槽直流電機(jī)是高集成與成本的折中，其響應(yīng)速度和精度較空心杯稍遜，但成本較低、使用壽命較長(zhǎng)，正好踩中靈巧手大規(guī)模量產(chǎn)的痛點(diǎn)。
特斯拉 Optimus 機(jī)器人靈巧手電機(jī)的迭代，就是行業(yè)技術(shù)路線演進(jìn)的一個(gè)縮影。
前兩代為驗(yàn)證 " 五指仿生 " 的技術(shù)可行性，特斯拉采用了 " 空心杯電機(jī) + 行星減速箱 + 蝸輪蝸桿 + 腱繩 " 的方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積臃腫，違背了輕量化的初衷。與第一代相比，第二代在指尖新增觸覺(jué)傳感器，功能環(huán)境從工廠重物搬運(yùn)拓展至抓雞蛋、疊襯衫等更精細(xì)的操作。
第三代起，靈巧手便轉(zhuǎn)向 " 直流有齒槽無(wú)刷電機(jī) + 微型滾珠絲杠 + 腱繩 "。其單手自由度從 11 個(gè)大幅提升至 22 個(gè)，相應(yīng)地，單手電機(jī)數(shù)量也從 6 個(gè)變?yōu)?11 個(gè)。結(jié)構(gòu)上電機(jī)位置有所調(diào)整，從手掌內(nèi)移至手臂小臂里，不僅拓寬了手掌內(nèi)部空間，還將部分空心杯電機(jī)替換為成本更低的無(wú)刷有槽電機(jī)。這樣既保住了負(fù)載和精度，又把物料成本和裝配復(fù)雜度砍了一刀，降本步入初期，商業(yè)化氣息撲面而來(lái)。
根據(jù) WENKH 深度研究分析，2024 年全球無(wú)刷直流電機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 774 億元。全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展態(tài)勢(shì)影響著各行業(yè)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的需求，未來(lái)預(yù)計(jì)以 9.16% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)至 2030 年的 1309 億元。
此次機(jī)器人大會(huì)，貝豐科技進(jìn)一步填補(bǔ)行業(yè)空白，帶來(lái)了高功率密度無(wú)齒槽無(wú)刷直流電機(jī)，為靈巧手握力躍升提供更多選擇。貝豐科技董事長(zhǎng)兼總工程師宋昕向筆者透露，新品電機(jī)已獲得杭州三小龍、跨界做機(jī)器人的互聯(lián)網(wǎng)及汽車大廠等多家知名科技公司關(guān)注，現(xiàn)正與這些企業(yè)進(jìn)行樣機(jī)測(cè)試，合作持續(xù)推進(jìn)中，有望成為新一代人形機(jī)器人的核心動(dòng)力組件。
從壟斷到多點(diǎn)突破的行業(yè)"圖譜"
微型電機(jī)市場(chǎng)進(jìn)入門檻較高，全球市場(chǎng)長(zhǎng)期呈現(xiàn) " 寡頭割據(jù) " 態(tài)勢(shì)。
在工業(yè)自動(dòng)化浪潮初起階段，國(guó)外品牌憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期壟斷著國(guó)內(nèi)中高端微型電機(jī)市場(chǎng)。像在數(shù)控機(jī)床、精密加工設(shè)備等關(guān)鍵領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)微型電機(jī)因技術(shù)瓶頸和質(zhì)量短板，只能在低端市場(chǎng)艱難求生。
尤其是無(wú)齒槽無(wú)刷直流電機(jī)，因磁路設(shè)計(jì)、繞線工藝和材料極限的層層壁壘，被歐美系企業(yè)牢牢鎖死，國(guó)內(nèi)企業(yè)曾長(zhǎng)期處于 " 跟跑 " 狀態(tài)。
筆者綜合多家權(quán)威機(jī)構(gòu)研報(bào)發(fā)現(xiàn)，全球無(wú)齒槽無(wú)刷直流電機(jī)市場(chǎng)中，瑞士 Portescap、德國(guó) FAULHABER、瑞士 Maxon Motor、美國(guó) Allient 等歐美頭部企業(yè)，長(zhǎng)期占據(jù)著超 80% 的市場(chǎng)份額。
而在精密醫(yī)療器械、高端機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)等高端應(yīng)用場(chǎng)景，國(guó)內(nèi)對(duì)進(jìn)口無(wú)齒槽無(wú)刷直流電機(jī)的依賴度更是高達(dá) 90%。
2024 年，隨著人形機(jī)器人概念升溫，靈巧手成為硬件突破的關(guān)鍵瓶頸。在靈巧手所需的高性能微型電機(jī)市場(chǎng)，中國(guó)機(jī)器人企業(yè)被迫困在 " 買不起、等不及、用不上 " 的死循環(huán)里，也讓供應(yīng)鏈安全面臨潛在風(fēng)險(xiǎn)。
貝豐科技首席執(zhí)行官趙偉認(rèn)為，行業(yè)的進(jìn)步需要全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。" 德國(guó)、瑞士做傳統(tǒng)電機(jī)厲害，但人形機(jī)器人是新場(chǎng)景，原有技術(shù)不一定能快速適配，這恰恰是中國(guó)的企業(yè)機(jī)會(huì)。機(jī)器人公司要的是提了需求馬上改、能快速調(diào)整的技術(shù)支持。"
于是，中國(guó)企業(yè)嘗試憑借技術(shù)突破撕開(kāi)市場(chǎng)缺口。這場(chǎng)毫厘間的較量，正在重塑全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的權(quán)力格局。
比如，A 股上市公司中，兆威機(jī)電提供包含微型電機(jī)、行星齒輪箱的整體驅(qū)動(dòng)模組解決方案，并已發(fā)布自研的多自由度靈巧手產(chǎn)品；鳴志電器也深耕控制電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，其產(chǎn)品線可為靈巧手提供核心動(dòng)力源。
人形機(jī)器人靈巧手握力取決于微型電機(jī)的功率密度，如何體積更小，功率更大，技術(shù)核心在于線圈設(shè)計(jì)。
作為國(guó)家級(jí)專精特新 " 小巨人 "，貝豐科技的解決方案是采用自主專利的利茲線直繞線圈，配合最大化定子做功空間結(jié)構(gòu)與超高填銅率，直接將功率密度與效率拉滿，從而在高轉(zhuǎn)速下仍保持了高轉(zhuǎn)矩輸出，效率峰值達(dá) 92.9%。這讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在進(jìn)行重載作業(yè)時(shí)穩(wěn)如磐石，輸出力更是躍升一個(gè)量級(jí)。
以其推出的主要應(yīng)用于靈巧手的 4 極 10mm 外徑微型電機(jī)為例，以 7.13W/cm 的功率密度（10MP2 型號(hào)）刷新了行業(yè)紀(jì)錄。它能讓機(jī)器人瞬間獲得 " 筋骨強(qiáng)化 " ——原本只能輕撫物體的機(jī)械臂，現(xiàn)在可以穩(wěn)穩(wěn)舉起更重負(fù)荷；曾經(jīng)需要分段執(zhí)行的粗重工序，如今能一次爆發(fā)式干凈利落地完成動(dòng)作。
" 我們的電機(jī)能做到 14 瓦功率，瑞士做到 9 瓦，國(guó)內(nèi)其他廠商才 5 瓦。" 宋昕伸出手掌向筆者比畫，" 同樣放進(jìn)手心大小的空間，別人的力還不到我們一半。"
這種差距，源于對(duì)電機(jī)核心性能的極致打磨。宋昕坦言，靈巧手電機(jī)的痛點(diǎn)遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜：" 要實(shí)現(xiàn)真正絲滑的控制，電機(jī)的精密度、脈動(dòng)力矩都得提升。硬件哪怕有一點(diǎn)間隙，動(dòng)作都會(huì)晃動(dòng)；功率跟不上，握力更達(dá)不到實(shí)際需求。"
就像開(kāi)車時(shí) 1.0、2.0、3.0 排量的區(qū)別，一踩油門就知道動(dòng)力差在哪，電機(jī)功率也直接決定機(jī)器人的 " 行動(dòng)力 "。
技術(shù)攻堅(jiān)的背后，是巨額研發(fā)投入的支撐。2025 年，貝豐科技研發(fā)費(fèi)用或超 4000 萬(wàn)元，占營(yíng)收比重在三成以上。這種不計(jì)成本的持續(xù)高投入，換來(lái)的是 79 項(xiàng)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利的積累。貝豐科技明年仍會(huì)持續(xù)擴(kuò)充產(chǎn)品性能和型號(hào)，" 讓對(duì)手壓力更大 "。此外筆者獲悉，貝豐科技的 IPO 計(jì)劃已在推進(jìn)當(dāng)中。
展望行業(yè)，靈巧手競(jìng)爭(zhēng)或聚焦在三個(gè)方向：材料創(chuàng)新，新型永磁體、耐高溫絕緣材料的突破將直接提升電機(jī)性能；智能化，通過(guò)傳感器集成實(shí)現(xiàn)電機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，降低故障率；模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)可大幅降低機(jī)器人企業(yè)的適配成本。
國(guó)產(chǎn)替代不僅是技術(shù)攻堅(jiān)，更是產(chǎn)業(yè)鏈安全保衛(wèi)戰(zhàn)，唯有拿出更優(yōu)產(chǎn)品，才能打破壟斷桎梏，贏得平等合作話語(yǔ)權(quán)。（本文首發(fā)于鈦媒體 APP，作者｜曹倩）
