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作者?|??程茜
編輯?|??心緣
拉開人形機(jī)器人商用大幕的關(guān)鍵硬件，特斯拉小米優(yōu)必選已入局。
曲折的2022年終于成了“過(guò)去時(shí)”，回望過(guò)去一年全球機(jī)器人重大事件，想必馬斯克的特斯拉人形機(jī)器人“擎天柱”會(huì)高票入選。
自2021年8月馬斯克大張聲勢(shì)預(yù)告特斯拉要造機(jī)器人起，商用人形機(jī)器人迅速成燎原之勢(shì)。2022年，不僅科技大廠小米、特斯拉的人形機(jī)器人相繼露面，連家電界設(shè)計(jì)“天花板”戴森亦宣布將在10年內(nèi)推出可以做家務(wù)的人形機(jī)器人。其中熱度最高的特斯拉人形機(jī)器人“擎天柱”，原型機(jī)一出場(chǎng)，口碑便兩級(jí)分化，有人盛贊它是多重技術(shù)進(jìn)步的集大成者，也有人因?yàn)樗牟铰嫩橎谴蟾惺?，原本期待特斯拉甩大招，誰(shuí)料沒(méi)等來(lái)一個(gè)能上廳堂下廚房的機(jī)器人，卻等來(lái)一個(gè)行動(dòng)笨拙緩慢的裸露電線版原型機(jī)……
▲特斯拉人形機(jī)器人“擎天柱”（Optimus）現(xiàn)身2022年特斯拉AI Day
論身手敏捷程度，比起早就能做跑酷、360°后空翻等極限運(yùn)動(dòng)的波士頓動(dòng)力人形機(jī)器人Atlas，后進(jìn)者特斯拉“擎天柱”似乎相差甚遠(yuǎn)。
問(wèn)題的關(guān)鍵，藏在機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”里。人體的關(guān)節(jié)決定了做各種動(dòng)作的靈活性，機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”驅(qū)動(dòng)器（Actuator）同樣如此。正是因?yàn)椤瓣P(guān)節(jié)”設(shè)計(jì)方法的差別，Atlas與“擎天柱”在運(yùn)動(dòng)能力上表現(xiàn)迥異。盡管在靈敏度上遜色不少，但“擎天柱”的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)凝結(jié)了大量的匠心巧思，使其大降功耗成本，堪稱是推進(jìn)人形機(jī)器人走向商業(yè)化的標(biāo)桿之作。
已發(fā)展數(shù)十載的驅(qū)動(dòng)器，為何至今仍是連科技巨頭都難啃的“硬骨頭”？波士頓動(dòng)力和小米、特斯拉的“關(guān)節(jié)”到底有什么不同？背后涉及哪些關(guān)鍵技術(shù)及組件？經(jīng)過(guò)與多位機(jī)器人從業(yè)者交流，本文將從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)鏈，深扒一顆顆小小的驅(qū)動(dòng)器，如何成商用人形仿生機(jī)器人的“命門”。
▲特斯拉人工智能日活動(dòng)展示的人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)拆解圖，橙色部分是驅(qū)動(dòng)器
01.想讓機(jī)器人玩雜技？先煉好“人工關(guān)節(jié)”
人形機(jī)器人有4大核心組件，分別是傳感系統(tǒng)（對(duì)應(yīng)五官）、控制系統(tǒng)（對(duì)應(yīng)大腦）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（對(duì)應(yīng)四肢）和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)組織）。
走路、下蹲、舉手、抓握、搬重物、爬樓梯……機(jī)器人的每個(gè)動(dòng)作都離不開驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的支持，驅(qū)動(dòng)器則是撐起機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)鍵組件，技術(shù)門檻、成本都很高。這是一個(gè)“小而精”的技術(shù)要地。人體有名有姓的關(guān)節(jié)共78個(gè)，其中使用頻率高、承受重量大的關(guān)節(jié)更易出現(xiàn)磨損和病變。老年人不如年輕人動(dòng)作麻利，往往是因?yàn)殛P(guān)節(jié)的靈活性、韌性損壞了。類似的，人形機(jī)器人能否高效精準(zhǔn)做各種動(dòng)作，非常依賴控制肩、肘、腕、指、髖、膝、踝、腰椎等關(guān)節(jié)部位驅(qū)動(dòng)器的質(zhì)量。這要求驅(qū)動(dòng)器既要數(shù)量多、占空間少、重量輕，又要耐摔扛撞。畢竟一旦“關(guān)節(jié)”出問(wèn)題，機(jī)器人就“癱瘓”了。因此，一臺(tái)行動(dòng)精準(zhǔn)敏捷的人形機(jī)器人，其“關(guān)節(jié)”至少應(yīng)具備這些特征：
數(shù)量上，自由度越多，能做的動(dòng)作越復(fù)雜。自由度可以簡(jiǎn)單理解成能讓一個(gè)物體獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)量。小米人形機(jī)器人“鐵大”全身有21個(gè)自由度，特斯拉“擎天柱”的更多，全身自由度共28個(gè)。
形態(tài)上，體積越小，機(jī)器人外形越精巧。深圳安普斯的伺服系統(tǒng)專業(yè)研發(fā)人員透露，伺服驅(qū)動(dòng)器在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)很成熟，但放到人形機(jī)器人中需做到更小，突破這一點(diǎn)后，精度、控制性能、柔性化等就都不是大問(wèn)題了。
功能上，輸出扭矩越大，承載能力越強(qiáng)。波士頓舊版Atlas的膝關(guān)節(jié)扭矩已高達(dá)890N·m，髖關(guān)節(jié)扭矩達(dá)840N·m。小米“鐵大”的髖關(guān)節(jié)主要電機(jī)瞬時(shí)峰值扭矩可達(dá)到300N·m。人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，腳底接觸地面瞬間的沖擊力是人體體重的數(shù)倍。
因此人形機(jī)器人要想像人類一樣瞬時(shí)起跑、彈跳，很考驗(yàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的快速響應(yīng)和能量效率。要讓機(jī)器人動(dòng)作速度快，驅(qū)動(dòng)器在提供很大輸出功率的同時(shí)，需確保不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱量太大而被燒壞。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還要具備出色的緩沖沖擊能力，來(lái)保護(hù)驅(qū)動(dòng)器不會(huì)因?yàn)槊土易矒舳鴵p毀。
掌握抓握的力度也很重要。舉個(gè)例子，如果讓機(jī)器人去拿雞蛋，握力過(guò)大，可能把雞蛋捏碎；握力過(guò)小，雞蛋就摔地上了。因此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需與控制系統(tǒng)協(xié)作，精細(xì)控制每一個(gè)動(dòng)作的輕重。總體來(lái)說(shuō)，人形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器必須做到體積小、重量輕、軸向尺寸短、高功率密度、高能量利用效率、精度可控、耐沖擊性等特性，結(jié)合機(jī)器人整機(jī)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，才能保證其關(guān)節(jié)動(dòng)作的高效執(zhí)行。這不僅是制約人形機(jī)器人更靈活、自由的關(guān)鍵，同時(shí)也是讓其實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)、應(yīng)用的重要門檻之一。
02.波士頓動(dòng)力VS特斯拉小米驅(qū)動(dòng)器差別有多大？
為什么集聚了強(qiáng)大工程師團(tuán)隊(duì)的小米“鐵大”、特斯拉“擎天柱”，沒(méi)能做到像波士頓動(dòng)力Atlas那樣高燃跑酷？?jī)?yōu)必選科技人形機(jī)器人創(chuàng)新中心負(fù)責(zé)人付春江告訴智東西，從時(shí)間維度看，特斯拉、小米機(jī)器人剛開發(fā)一年多，在軟件運(yùn)控層面還有很大的提升空間；從技術(shù)方案看，特斯拉和小米機(jī)器人采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，Atlas采用的液壓傳動(dòng)方案，驅(qū)動(dòng)器集中性和功率密度不在同一層次。而技術(shù)路線的差異，歸根究底是特斯拉、小米研發(fā)人形機(jī)器人的用途定位和預(yù)期功能，與波士頓動(dòng)力存在本質(zhì)上的不同，導(dǎo)致成本亦相差很大。波士頓動(dòng)力Atlas主打挑戰(zhàn)極限的炫技動(dòng)作，因此選用功率大的液壓驅(qū)動(dòng)。其核心原理是通過(guò)液體壓縮泵產(chǎn)生高壓液體，高壓強(qiáng)作用于缸體產(chǎn)生巨大推力，帶動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。這也是Atlas能做出高難度絕技的秘訣。
波士頓動(dòng)力在液壓驅(qū)動(dòng)方向一家獨(dú)大，積累了大量專利。Atlas有一個(gè)非常緊湊的液壓驅(qū)動(dòng)裝置，重5kg、功率5kW，里面有電動(dòng)泵儲(chǔ)液罐、電池、過(guò)濾器、電子設(shè)備和一個(gè)冷卻系統(tǒng)，憑借28個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)器完成各種爆發(fā)力強(qiáng)的雜技動(dòng)作。
液壓驅(qū)動(dòng)方案的缺點(diǎn)是噪音大、易漏液、對(duì)污染敏感、對(duì)液壓元件的精度質(zhì)量要求高、對(duì)維護(hù)團(tuán)隊(duì)要求高等，導(dǎo)致制造成本居高不下，難以走出實(shí)驗(yàn)室、走向商業(yè)化。因此，優(yōu)必選科技Walker、小米“鐵大”、特斯拉“擎天柱”等人形機(jī)器人，都選用了穩(wěn)定性、性價(jià)比更高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，更加注重實(shí)用性。
在電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案中，伺服驅(qū)動(dòng)器將位置、速度、扭矩告訴伺服電機(jī)，伺服電機(jī)將接收到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為扭矩、轉(zhuǎn)速，減速器可以增加扭矩，優(yōu)化低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。雖然扭矩密度遠(yuǎn)低于液壓驅(qū)動(dòng)，但電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以通過(guò)搭配減速器來(lái)加以補(bǔ)足，其現(xiàn)有技術(shù)已能滿足機(jī)器人的多數(shù)運(yùn)動(dòng)需求，同時(shí)擁有能量轉(zhuǎn)化效率、易維護(hù)、低成本、零件規(guī)整等優(yōu)勢(shì)。
據(jù)一位機(jī)器人行業(yè)的資深產(chǎn)品經(jīng)理透露，這一驅(qū)動(dòng)方式通過(guò)位置、速度、力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的閉環(huán)控制，使精度更高。在機(jī)器人系統(tǒng)中，伺服電機(jī)能做到“說(shuō)停就停、說(shuō)走就走”，讓執(zhí)行系統(tǒng)能夠“絕對(duì)服從”控制系統(tǒng)的命令。因用途不同，用在不同機(jī)器人“關(guān)節(jié)”位置的驅(qū)動(dòng)器，在物理指標(biāo)、執(zhí)行任務(wù)強(qiáng)度和功率方面均不相同。
為了找出最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)器方案，科技公司多選擇定制驅(qū)動(dòng)器的路線。例如，小米“鐵大”全身有5種關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，行走時(shí)速能夠達(dá)到3.6km/h。其上肢關(guān)節(jié)能夠靈活運(yùn)動(dòng)，得益于小米為其研發(fā)的一個(gè)重量為500克、額定輸出扭矩高達(dá)30N·m的高效電機(jī)。特斯拉研究人員利用算法為“擎天柱”定制出6款最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)器，包含3種線性驅(qū)動(dòng)器（采用永磁電機(jī)）和3種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器（采用諧波減速器），以滿足不同關(guān)節(jié)的效率需求并兼顧成本。
▲特斯拉人形機(jī)器人的6種驅(qū)動(dòng)器
其中，線性驅(qū)動(dòng)器用于推拉，比如讓機(jī)器人手臂向前或向后伸展；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器用于轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，有直流電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等常見類型。這些驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)完成不同角度的動(dòng)作?；谶@些設(shè)計(jì)，“擎天柱”的手腕、腳掌都能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。
從精簡(jiǎn)成6款驅(qū)動(dòng)器可以看出，特斯拉奔向“大規(guī)模量產(chǎn)”、2萬(wàn)美元成本目標(biāo)的設(shè)計(jì)思路非常明確，通過(guò)實(shí)現(xiàn)更多硬件重復(fù)可替代，壓低總體成本，并讓所有的驅(qū)動(dòng)器都能高效工作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，特斯拉結(jié)合收集到的真實(shí)世界數(shù)據(jù)，在虛擬空間中做機(jī)器人走路、轉(zhuǎn)身模擬，用人工智能算法反復(fù)測(cè)算扭矩、速度等數(shù)據(jù)，分析出能夠更好兼顧質(zhì)量、效率、能耗、成本平衡的最佳驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)。
在承重能力上，特斯拉研發(fā)的腿部線性驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)集成伺服電機(jī)、減速器、絲杠、傳感器、一體化運(yùn)動(dòng)單元等零部件，做到了精準(zhǔn)的速度控制、位置控制和力控制，在極限測(cè)試中能提起一架500kg重的鋼琴。
除此之外，特斯拉“擎天柱”還有一大看點(diǎn)——設(shè)計(jì)出與人手非常相似的機(jī)械手。“擎天柱”的每只手擁有11個(gè)精細(xì)的自由度，結(jié)合控制軟件，能完成像人手般復(fù)雜靈巧的操作，并能承擔(dān)大約9公斤的負(fù)重。驅(qū)動(dòng)器通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)一根金屬線來(lái)控制手指彎曲，并集成了感應(yīng)器和鎖定裝置，以更加節(jié)省能耗。
相比之下，很多人形機(jī)器人的手部設(shè)計(jì)都較為簡(jiǎn)單，例如Atlas的手像個(gè)浴霸，“鐵大”的手沒(méi)有手指。它們能開門、能抓握，但碰到像“穿針”這樣的精細(xì)活兒，就會(huì)一籌莫展。
為了保護(hù)包括驅(qū)動(dòng)器在內(nèi)的核心組件避免因碰撞等突發(fā)情況造成損壞，特斯拉工程師借鑒了以往在車輛安全測(cè)試上獲得的技術(shù)跟經(jīng)驗(yàn)，用軟件模擬機(jī)器人摔倒等狀況，通過(guò)調(diào)整機(jī)體，把傷害控制在表面。在供電上，波士頓動(dòng)力Atlas與特斯拉“擎天柱”的差別也很顯著。Atlas的3.7kWh電池組只能撐起大約1小時(shí)的活動(dòng)，特斯拉則聲稱“擎天柱”的2.3kWh電池能供應(yīng)其一整天工作所需的電量。
03.50年演進(jìn)3大路線人工肌肉或成未來(lái)主要研究
回溯發(fā)展歷程，人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)演進(jìn)經(jīng)歷了3個(gè)階段：傳統(tǒng)剛性驅(qū)動(dòng)器、彈性驅(qū)動(dòng)器、準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器。早先從1983年日本早稻田大學(xué)研發(fā)出WL-10R機(jī)器人起，傳統(tǒng)剛性驅(qū)動(dòng)器被廣泛用到人形機(jī)器人中。這種驅(qū)動(dòng)器的最大輸出功率密度只能達(dá)到200~300W/kg，與生物肌肉500W/kg的功能密度相差較遠(yuǎn)，因此在人形機(jī)器人上的應(yīng)用受限。彈性驅(qū)動(dòng)器、準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器均由麻省理工學(xué)院提出。
彈性驅(qū)動(dòng)器SEA最早提出于1995年，通過(guò)模擬具有彈性的肌肉系統(tǒng)，讓關(guān)節(jié)的動(dòng)作變得更加流暢。但因其彈性體的控制難度較高，該驅(qū)動(dòng)器難以做到精準(zhǔn)控制機(jī)器人的動(dòng)作。近年趨熱的準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器是在2016年提出。準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器依靠驅(qū)動(dòng)器電機(jī)開環(huán)力控，不依賴于附加力或力矩傳感器，就可以本體感知機(jī)器人腳部和外界的交互力，也被稱為本體驅(qū)動(dòng)器。
▲人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器發(fā)展歷程（圖源：《雙足仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器——演進(jìn)、現(xiàn)狀與前景》）
從具體構(gòu)成來(lái)看，傳統(tǒng)剛性驅(qū)動(dòng)器由電機(jī)、高傳動(dòng)比減速器、剛性力矩傳感器、輸出端組成，其中剛性力矩傳感器是可選擇項(xiàng)；彈性驅(qū)動(dòng)器則在高傳動(dòng)比減速器與輸出端之間加了彈性體，用位置傳感器檢測(cè)彈性體的形變，可以推斷出力矩的大??；而準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器改成了高力矩密度電機(jī)+低傳動(dòng)比減速器的組合，通過(guò)電機(jī)的電流大小間接推斷出輸出力矩的大小。
更理想的方案是電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，但由于現(xiàn)有電機(jī)技術(shù)的限制，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的扭矩密度達(dá)不到機(jī)器人關(guān)節(jié)應(yīng)用的需求，因此，輔以減速器是一個(gè)折中方案。同時(shí)，要求負(fù)載質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能的小，可以實(shí)現(xiàn)高帶寬力控和良好的抗沖擊能力，滿足人形機(jī)器人對(duì)小尺寸關(guān)節(jié)的需求。
未來(lái)，結(jié)合5G、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)，驅(qū)動(dòng)器還有望在云上實(shí)現(xiàn)相互通信，檢測(cè)和監(jiān)控驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)狀態(tài)?！叭诵螜C(jī)器人驅(qū)動(dòng)器經(jīng)歷了由剛性驅(qū)動(dòng)器向彈性驅(qū)動(dòng)器和準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)演進(jìn)。彈性驅(qū)動(dòng)器和機(jī)器人整體優(yōu)化，甚至人工肌肉研究都是未來(lái)發(fā)展方向?！备洞航劦?，仿生機(jī)構(gòu)都遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到人類骨骼肌肉系統(tǒng)的能力，機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件驅(qū)動(dòng)器也沒(méi)有達(dá)到人類肌肉的水準(zhǔn)，因此這一方向未來(lái)還有很大的發(fā)展空間。在科技巨頭帶動(dòng)下，驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展前景，正讓相關(guān)國(guó)產(chǎn)廠商受到更多資本的關(guān)注。
04.日企占中國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)大頭國(guó)產(chǎn)玩家正迎頭趕上
根據(jù)Stratistics Market Research Consulting的預(yù)測(cè)，全球人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模在2021年約為15億美元，到2028年或?qū)q至264億美元。其中北美地區(qū)占據(jù)全球主要份額，日本、中國(guó)將是制造重地。一個(gè)典型人形機(jī)器人至少有20多個(gè)“關(guān)節(jié)”，每個(gè)售價(jià)在50~1000美元。這正帶給驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)業(yè)巨大的商機(jī)。按控制電機(jī)分類，常見的機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
目前對(duì)性能要求不高的小型機(jī)器人采用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器較多，像工業(yè)機(jī)器人等則普遍采用伺服驅(qū)動(dòng)器。日系供應(yīng)商曾長(zhǎng)期領(lǐng)跑我國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)，核心玩家有安川電機(jī)、三菱重工、松下等。伺服驅(qū)動(dòng)器企業(yè)的產(chǎn)品以伺服系統(tǒng)為主，包含伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器。我國(guó)廠商在高端伺服驅(qū)動(dòng)器方面相對(duì)實(shí)力薄弱。
▲2020年中國(guó)伺服系統(tǒng)主要供應(yīng)商市場(chǎng)規(guī)模（數(shù)據(jù)來(lái)源MIR DATABANK）
伺服系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。據(jù)一位接近機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)行業(yè)的人士介紹，按照功率大小，伺服系統(tǒng)共有三種模式，分別為小型、中型和大型。中大型伺服系統(tǒng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景為大型機(jī)床、航空等，而這一部分市場(chǎng)也被歐美廠商所占據(jù)。如法國(guó)施耐德、奧地利貝萊德等歐美玩家的市場(chǎng)份額就在中大型伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，但由于這些市場(chǎng)的需求量相比于小型伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)并不大，所以從市場(chǎng)份額來(lái)看，這些玩家都只占個(gè)位數(shù)。
從整體市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，中國(guó)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)的供應(yīng)商前三甲被日本安川、三菱、松下占據(jù)，國(guó)內(nèi)頭部玩家匯川技術(shù)的市占率接近10%。其中，日本安川已經(jīng)在伺服電機(jī)領(lǐng)域深耕39年，是運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的專業(yè)玩家，也是日本第一個(gè)做伺服驅(qū)動(dòng)的公司。早在1983年，日本安川就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)和控制器量產(chǎn)并投入市場(chǎng)。
因此，安川電機(jī)形成了以驅(qū)動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人技術(shù)和智能工廠為核心的四大產(chǎn)品體系，產(chǎn)品也以穩(wěn)定性強(qiáng)著稱，“在電機(jī)行業(yè)，安川電機(jī)可以稱得上是行業(yè)‘老大哥’。”一位接近機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)行業(yè)的人士說(shuō)道。據(jù)了解，安川電機(jī)的伺服系統(tǒng)∑-7系列功率為2.5KW，該系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)，最大轉(zhuǎn)矩為350N·m，速度頻率響應(yīng)達(dá)到3.1/kHz，能適用于瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合。
到2021年，市場(chǎng)頭部企業(yè)格局生變。據(jù)市研機(jī)構(gòu)MIR DATABANK統(tǒng)計(jì)，2021年上半年， 國(guó)產(chǎn)品牌匯川技術(shù)市場(chǎng)占有率達(dá)到16%，反超安川電機(jī)，并首次問(wèn)鼎。
▲2021年上半年中國(guó)伺服系統(tǒng)主要供應(yīng)商市場(chǎng)規(guī)模（數(shù)據(jù)來(lái)源MIR DATABANK）
作為國(guó)內(nèi)伺服系統(tǒng)的頭部玩家，匯川技術(shù)自研了伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器等。其中，與安川電機(jī)設(shè)備功率為同一水平的匯川伺服系統(tǒng)SV660，其功率范圍為50W~7.5kW，最大轉(zhuǎn)速同樣能達(dá)到6000轉(zhuǎn)，最大轉(zhuǎn)矩為350N·m，速度頻率響應(yīng)為3.0/kHz。可以看出，在中小型伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，匯川科技的產(chǎn)品性能已經(jīng)與安川電機(jī)相差無(wú)幾。
除此以外，優(yōu)必選科技、宇樹科技等國(guó)產(chǎn)機(jī)器人玩家也參與到伺服驅(qū)動(dòng)器的研發(fā)。根據(jù)MIR DATABANK的數(shù)據(jù)，從2017年至2021年，中國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)的本土化份額上漲4.9%，日韓玩家下降5.9%；在2022年上半年，匯川技術(shù)延續(xù)2021年的勢(shì)頭，繼續(xù)位列國(guó)內(nèi)通用交流伺服銷售額第一?？梢钥吹剑瑖?guó)產(chǎn)玩家正在迎頭趕上。
05.結(jié)語(yǔ)：壓低核心技術(shù)成本人形機(jī)器人才能真正走向量產(chǎn)商用
在工廠車間，機(jī)械臂可能比人形機(jī)器人更實(shí)用；在炫技方面，手握動(dòng)力學(xué)和控制模型技術(shù)優(yōu)勢(shì)的波士頓動(dòng)力堪稱“天花板級(jí)別”，但面向家庭場(chǎng)景，馬斯克描繪的藍(lán)圖里，只有形態(tài)趨近于人類的機(jī)器人，才能解決人類常遇的共通性問(wèn)題。波士頓動(dòng)力的人形機(jī)器人再炫酷，也只是輸入指令、在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中做出相對(duì)固定的動(dòng)作，而真實(shí)世界要遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜的多，解決問(wèn)題的通用性可能比單一能力登峰造極更為實(shí)用。
相比探索頂級(jí)的機(jī)械能力，科技巨頭們普遍將優(yōu)先級(jí)放在了改良硬件、優(yōu)化軟件、實(shí)現(xiàn)自主解決問(wèn)題的智能水平上，使其能以更加靈活省電的身軀，應(yīng)對(duì)更普遍的應(yīng)用需求。尤其是特斯拉展現(xiàn)出其在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和整合方面積累的工程優(yōu)勢(shì)。而驅(qū)動(dòng)器所控制的機(jī)器人“關(guān)節(jié)”，則是“萬(wàn)里長(zhǎng)城第一步”，只有先讓機(jī)器人動(dòng)起來(lái)，讓機(jī)械能力達(dá)標(biāo)，干家務(wù)、搬重物等設(shè)想才有實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。
在長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的人形機(jī)器人研究中，驅(qū)動(dòng)器等核心軟硬件一直在迭代進(jìn)化，但迄今距離完全類人的運(yùn)動(dòng)性能仍然遙遠(yuǎn)。人形機(jī)器人對(duì)于關(guān)節(jié)自由度和靈活度提出了更高要求，規(guī)模化商用的目標(biāo)又對(duì)硬件成本提出更苛刻的限制。邁入2023年，我們期待看到更多“化繁為簡(jiǎn)”的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)一步優(yōu)化驅(qū)動(dòng)器等核心組件的性能與成本，打開人形機(jī)器人進(jìn)入家庭的想象力之門。
參考資料：《雙足仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器——演進(jìn)、現(xiàn)狀與前景》石照耀博士、丁宏鈺
