一、我国人形机器人被国外卡脖子的产业链环节
我国人形机器人产业链中被国外“卡脖子”的环节主要集中在上游的核心零部件和软件系统开发方面。具体来说，这些核心零部件包括无框力矩电机、空心杯电机、传感器、专用芯片、伺服系统、减速器、控制器等。这些零部件和技术的水平直接影响到机器人的性能和稳定性。
此外，软件系统的开发也是关键环节之一，涉及到操作系统、机器视觉、激光雷达、人工智能等方面。这些技术和零部件的供应在很大程度上依赖于国外企业，导致我国在这些领域的自主创新能力较弱，容易受到国外技术封锁的影响。
因此，我国人形机器人产业链中的“卡脖子”环节主要是上游的核心零部件和软件系统开发，这些环节的技术水平和供应稳定性直接影响到整个产业链的发展和竞争力。
图表:人形机器人产业链图
二、无框力矩电机在人形机器人中的应用及其技术难点
无框力矩电机在人形机器人中的应用主要体现在其作为关节和手臂的动力源，提供高扭矩和高精度的控制。例如，特斯拉的人形机器人Optimus在其14个线性执行器和14个旋转执行器中使用了无框力矩电机，以实现精准控制。此外，优必选的Walker机器人也使用了36个无框力矩电机来驱动其关节。
然而，无框力矩电机在人形机器人中的应用也面临一些技术难点。首先，磁路和工艺设计是主要的技术挑战，这些因素直接影响电机的转矩密度和功率密度。其次，由于人形机器人需要具备多自由度的运动能力，对结构、功率密度和重量尺寸等有特殊要求，这也增加了无框力矩电机的设计和制造难度。此外，无框力矩电机的中空设计虽然使其占用空间较小，但这也对其材料和制造工艺提出了更高的要求。
三、空心杯电机在人形机器人中的优势和局限性
空心杯电机在人形机器人中的优势和局限性如下：
（一）优势
1、高转速和高能量转化效率
空心杯电机具有高转速和极高的能量转化效率，这使得其在需要快速响应和高效动力输出的应用场景中表现出色。
2、轻量化和高精度
由于其结构特点，空心杯电机能够实现手指关节的轻量化和高精度控制，这对于人形机器人的灵活性和精确度要求尤为重要。
3、低噪音和振动
空心杯电机在运行时产生的噪音和振动较低，这有助于提升人形机器人的整体性能和用户体验。
4、体积小、重量轻
空心杯电机通常尺寸较小，重量轻，这使其非常适合用于空间受限的人形机器人关节驱动。
5、无齿槽转矩
由于没有齿槽，空心杯电机的转矩波动较小，手感更加轻盈，适合需要精细操作的应用。
（二）局限性
1、适用范围有限
空心杯电机更适用于直径为20-30mm的空心杯，难以绕制抽头间距小于7mm的较小尺寸线圈，这限制了其在某些特定应用场景中的使用。
2、成本问题
虽然具体的成本数据未提及，但一般来说，高端电机的成本较高，可能会影响大规模生产和普及。
空心杯电机在人形机器人中具有显著的优势，特别是在高转速、高能量转化效率、轻量化和高精度控制方面。
四、国产传感器技术在人形机器人领域的进展
目前，国产传感器技术在人形机器人领域已经取得了一定的突破，并能够满足其核心需求。以下是一些关键的国产传感器技术：
1、六维力矩传感器
六维力矩传感器是性能最优、力觉信息最全面的力矩传感器，技术壁垒主要在结构解耦设计、解耦算法、标定与校准等方面。这种传感器广泛应用于人形机器人的脚踝和手腕处，提供精准的力感信息，助其提升柔顺化和智能化控制水平。国内厂商如宇立和坤维在这一领域相对领先，东华测试和柯力传感也在积极布局。
2、MEMS压力传感器和惯性传感器
基于MEMS工艺的力控、触觉、惯性传感器在人形机器人中也有望充分受益。这些传感器具有体积小、质量轻、成本低、功耗低、高可靠性等优势，适用于各种复杂环境下的应用。
3、电子皮肤和柔性触觉传感器
电子皮肤和柔性触觉传感器是实现灵巧手触觉感知能力的核心部件，具备精确的抓取力和力矩控制功能。这些传感器在硬件设计、生产工艺以及算法优化等方面都有着极高的要求，技术实现路径呈现多样化趋势，主要有MEMS和电子皮肤两种主流技术路线。
4、温度传感器和拉压力传感器
这些传感器用于监测和控制机器人内部的温度和受力情况，确保其在各种环境下的稳定运行。
5、六维力传感器
六维力传感器作为“触觉神经”，其重要性逐渐上升到国家战略发展层面。近年来，国家对机器人产业链发展高度重视，六维力传感器凭借其高精度的优势，成为制造业重点研发的产品之一。
图表:中国人形机器人行业全景图谱
五、国外人形机器人专用芯片最新进展
国外在人形机器人专用芯片开发方面的最新进展主要集中在英伟达的多项创新和技术突破上。
1、英伟达的Blackwell AI芯片
英伟达推出了最新的AI芯片Blackwell，该芯片在能耗成本上降低了25倍，并且预计售价将超过3万美元。这款芯片通过NVIDIA Omniverse Avatar云平台和NVIDIA Jetson AGX Orin边缘AI计算机等技术，实现了在具身智能领域的重大突破。
2、Project GR00T和Isaac机器人平台
在GTC 2024大会上，英伟达发布了Project GR00T人形机器人通用基础模型和基于NVIDIA Thor系统级芯片（SoC）的新型人形机器人计算机。这些技术旨在进一步推动机器人和具身智能方面的突破。
3、投资与研究实验室
英伟达向人形机器人公司FigureAI投资了5000万美元，并成立了通用具身智能体研究实验室GEAR，以加速人形机器人的发展。
4、新款旗舰人工智能芯片Blackwell B200
在英伟达年度开发者大会上，公司首席执行官黄仁勋宣布推出新款旗舰人工智能芯片Blackwell B200，这进一步推动了人形机器人技术的发展。
六、人形机器人软件系统开发中的自主创新进展
在人形机器人软件系统开发中，人工智能技术通过多种方式促进了自主创新。
人工智能技术能够提升人形机器人的“智慧”程度。通过结合语音、视觉、决策和控制等多方面的AI大模型，形成感知、决策和控制的闭环，从而大大增强机器人的智能化水平。例如，预训练语言模型如ChatGPT可以应用于机器人与人类之间的自然语言交互，使机器人能够更好地理解和响应用户的指令。
人工智能技术推动了专用操作系统的构建。开发高实时、高可靠、高智能的专用操作系统，并建设完善的人形机器人应用开发平台和工具包，这些都为自主创新提供了坚实的基础。此外，达闼推出的多模态认知大模型Robot GPT和云端大脑操作系统也展示了AI技术在机器人制造领域的应用前景。
第三，人工智能技术还支持生成式人工智能算法、框架、芯片及配套软件平台等基础技术的自主创新。这种自主创新不仅提升了技术水平，还促进了国际交流与合作，参与相关国际规则的制定。
此外，人工智能技术通过算力底座的建设，提升了算力效率，并通过软件硬件协同创新，支撑行业智能化发展。NVIDIA提供的端到端机器人开发平台也支持大规模训练、开发和优化机器人系统和软件，进一步推动了自主创新。
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