电驱动关节模组助力机器人产业发展

前言

近日，工业和信息化部等十五部门印发的《“十四五”机器人产业发展规划》为我国机器人产业的发展指明方向。

“十三五”期间，我国机器人产业在应用层面进步明显，2020年我国机器人产业营收突破1000亿元，但自主本体数量及核心零部件国产化原创性技术占有率不及预期，这对技术研发与自主创新能力提出更高要求。

当前我国机器人企业呈现小而散的特点，细分技术领域卧虎藏龙，《“十四五”机器人产业发展规划》提出要形成一批具有国际竞争力的领军企业以及一大批创新能力强、成长性好的专精特新“小巨人”企业，这些科创企业将成为突破核心技术，提升机器人关键基础不可忽视的重要力量。

决定足式仿生机器人只能做一个能走会跳的玩具，还是可以成为能担重任的“木牛流马”，关键在于机器人的关节驱动装置。机器人关节驱动装置是机器人的动力来源，小型化、轻量化的电驱关节能够帮助足式机器人实现更高的负载能力，从而在真实场景下满足更多的应用需求，使足式机器人具有更实用的价值。2020年我国机器人产业营收突破了1000亿元，最新印发的《“十四五”机器人产业发展规划》提出，到2025年我国要实现一批机器人核心技术和高端产品的突破，关键零部件性能和可靠性要达到国际同类产品水平。

过去五年，我国机器人在量上取得了较大的突破，而在“十四五”期间，我国机器人产业将从“量变”向“质变”发展方向转变。

仿生机器人电关节模组

选择电驱动关节赛道

在轻量化、小型化上，我国的电驱关节与国际电驱动关节水平存在着显著差距。“扭矩密度”是衡量电驱关节轻量化与小型化的最核心指标，目前美国敏捷机器人公司的电驱动关节最高扭矩密度已经达到254Nm/kg，而国外普遍的电驱动关节扭矩密度也口大于80 Nm/Kg。

在这种差距背景下，我国机器人创新企业乘风追赶，最近，来自深圳的科技创新型企业深圳小象鸿业机电有限公司（深圳小象电动全资子公司）电驱动关节系统的扭矩密度实现了104Nm/Kg，大幅超过了国际平均水平，公司创始人刘霄对此表示:“ 在奋起直追的道路上，我们深感任重而道远”。

小象鸿业成立于2015年，是一家从几个人的创新团队发展起来的科技型创新公司。团队小巧精悍，专注核心技术研发。回顾电驱动关节研发之路，刘霄感慨万千。几年前，刘霄还在从事发电机产品的研发工作，敏锐的他发现发电机的市场逐渐有限，新能源汽车、机器人、无人机等纯电动工程机械正在各兴起，刘霄感受到先进的电动机和电驱动系统比发电机有更广阔的发展天地，于是将独立单干的想法告诉了身边的几位好友，用刘霄的话来讲，“几位好友各怀武艺” ，有人懂得材料，有人懂得磁场，还有朋友手中掌握业务资源，“麻雀虽小，五脏俱全”。几位朋友听了刘霄的分析，当下便拍即合，摸索着便组建团队上路了。

刘霄认为选择电驱动研发是自己和团队的一种家国情怀，我国机器人核心技术创新能力薄弱，产业链条关键环节缺失,高精度减速器、伺服电机和控制器等核心零部件仍高度依赖进口，每一代人有每--代人的使命，选择自主创新，提升技术能力，对团队而言，是一份挑战，也是一份责任。

实现更强负载能力

在公司成立之初，小象鸿业设定了先进的技术指标进行技术攻关，反复试验并研制原型机。随着技术的不断突破，样机不断在各种比赛中拿下优异的成绩，小象鸿业逐渐被更多用户关注到。2017年，研发团队完成了一项峰值功率100kW重量仅12KG的原型机研发任务，一年后，团队成功研发了一款17kW重5.6KG的高速泵用电机，2019年至今，小象鸿业又承接研发了多款中小型电关节驱动系统。先进技术力的背后是团队不断的正向研制，“聚能磁”高功率密度/高扭矩密度电机及配套的传动和控制的电驱动总成是小象鸿业的核心技术，刘霄介绍:“优化叠式轴向磁场电机，将驱动和减速一体化设计，使其在同等体积和重量下具有更大功率和扭矩，当前机器人行业需要这样具有更强负载能力和爆发力的电驱关节”。

公司副总经理李海华认为，当下对国外关节开源技术做逆工程的方式在国内非常流行，但机器人的负载能力仍旧上不去，实际效果往往低于开源方，究其原因，是因为材料技术对电驱关节系统的研制也非常重要，逆工程很难解决材料的工艺问题。小象鸿业在技术方向、材料选型等方面全部亲力亲为，这使得团队掌握了更多核心性原创技术。

刘霄认为，小象鸿业在电驱动关节领域屡屡突破的另外一个原因也在于公司“船小好调头”。电机行业历经了一百多年的发展历史，主流市场仍在延续传统电机的开发模式。尤其是对于老牌造车企业，他们有百年的燃油车造车体系，有固定的工艺设备，在这样的环境里很难摆脱原有基础的束缚做出突破性创新。而创业公司就像一张白纸，可以“肆无忌惮”地在白纸上勾勒蓝图，团队尝试了全新的材料、全新的关节结构、定制专业的设备，团队没有资产包袱，也没有技术包袱，能够将全部精力投人到产品突破与技术变革之上。

目前，机器人电驱动关节的发展正处于上升期，市场对电驱关节的需求逐渐增多，阿里巴巴、小米、OPPO等资本纷纷人局机器人赛道，对于小象鸿业这样的创新型小微科创企业来讲这是一个利好消息。在传统的伺服电机市场中，其他类型的电机成本一直居高不下，资本的进人有望做大市场降低成本，从而推动电驱动关节的发展，毕竟没有市场的技术终将“寸步难行”。

与客户互相成就

成立七年，进入市场四年，小象鸿业的研发速度在同行业者中已经遥遥领先，目前小象鸿业正在开展下一代电机驱动关节的研发。刘霄认为，公司的快速成长离不开客户“施加的压力”，客户经常提出非常亚苛的要求，小象鸿业不断在这种高标准严要求中磨练自己，攻克了一个又一个难题。目前，团队已经取得电机方面的专利40余项，其中已授权发明专利7项，授权实用新型专利35项，实现了材料和元器件的自主可控。

刘霄提到，除了看好电驱动关节未来的发展，小象鸿业成立的另一个原因是受到深圳大疆的鼓舞。有句话说:在深圳，十个人有九个在创业，还有一个在创业的路上。刘霄和伙伴们就是在这样的环境熏陶下加入了创业的浪潮。

面对澎湃的科技革命和产业变革，《“十四五”机器人产业发展规划》也提出了要形成一批具有国际竞争力的领军企业以及一大批创新能力强、成长性好的专精特新“小巨人”企业。星星之火，可以燎原，小微科创企业将在推动我国机器人核心技术突破中扮演不可或缺的角色，就像小象鸿业的名字，小象虽小，但也要成就一番宏图伟业。

审核编辑：汤梓红