在不久之前妙裸，特斯拉機(jī)器人團(tuán)隊(duì)公布了其人形機(jī)器人設(shè)計(jì)研發(fā)的最新進(jìn)展，視頻中特斯拉將先進(jìn)的造車?yán)砟钊谌霗C(jī)器人制造蚌斑，從設(shè)想到建模奋完，再到加工成為一個(gè)可以工作的機(jī)器人，嘗試以智能高效的研發(fā)速度慰适，重塑機(jī)械藝術(shù)淫兑。

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在這個(gè)視頻中，有相當(dāng)大一部分鏡頭都落在了Optimus的執(zhí)行器上饺斧。特斯拉通過正向自主設(shè)計(jì)二谤，重塑了這種帶有電機(jī)和齒輪組的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化和封裝读囤，進(jìn)而在后續(xù)的仿真測試和演練中继射，得出最合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，加快了研發(fā)進(jìn)程挎袜。

（圖為特斯拉人型直線關(guān)節(jié)電機(jī)）

這其實(shí)打破了一個(gè)既有的人形機(jī)器人認(rèn)知顽聂。即人形機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器人很大的不同點(diǎn)在于，其很難通過簡單的零部件集成實(shí)現(xiàn)宋雏，如果只是單純采購目前市面上較大的零部件，不僅所有系統(tǒng)所需的集成工作量呈指數(shù)型增長务豺，還受限于部件的體積磨总、自重，難以完成簡潔緊湊的封裝設(shè)計(jì)笼沥。這時(shí)候就需要人形機(jī)器人企業(yè)尋找到更合適的零部件蚪燕，進(jìn)行更進(jìn)一步的完整系統(tǒng)垂直設(shè)計(jì)，從而能夠完全地按照設(shè)計(jì)需求對機(jī)器人進(jìn)行改善奔浅，達(dá)成快速交付和優(yōu)化馆纳。

這就對于我國的人形機(jī)器人零部件領(lǐng)域提出了更高的要求。

近日，機(jī)器人大講堂關(guān)注到了一家名為【因克斯智能科技】的新興足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新者鲁驶，其扎根于小型雙足人形機(jī)器人領(lǐng)域鉴裹，推出了兩款極具競爭力的關(guān)節(jié)模組，或許有望推動(dòng)人形機(jī)器人迎來市場的爆發(fā)期憾顿。

（圖為因克斯智能科技EC-A8112-P1-18）

▍小領(lǐng)域窜抽，大未來

2023年以來，人形機(jī)器人的熱度得到了顯著提升豺研。3月1日髓无，工業(yè)和信息化部部長金壯龍?jiān)趪罗k新聞發(fā)布會(huì)上明確表示，工信部將研究制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃允逝，加快布局人形機(jī)器人等前沿領(lǐng)域沫十，這引發(fā)業(yè)內(nèi)新一輪對于人形機(jī)器人的熱議。有分析認(rèn)為宵绒，人形機(jī)器人作為機(jī)器人領(lǐng)域的通用型機(jī)器人建淘，與電動(dòng)汽車一樣均屬于變革性產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用正處于起步階段颖脸，在未來的持續(xù)產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)新和商業(yè)化上仍有非常大的空間化团。

然而，無論是馬斯克的Optimus機(jī)器人還是優(yōu)必選的Walker機(jī)器人翩赐，都表明人形機(jī)器人作為一個(gè)零部件集成度非常高的實(shí)體辐荷，其落地進(jìn)程與技術(shù)進(jìn)步密切相關(guān)。這意味著當(dāng)前要實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展燎窘，必然首先需要努力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)突破摹闽。

運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)模組就是人形機(jī)器人的核心部件之一，從特斯拉褐健、小米等企業(yè)公布的原型機(jī)概念圖可以發(fā)現(xiàn)付鹿，人形機(jī)器人大多都需要較多的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)模組才能實(shí)現(xiàn)較為靈敏的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求，因?yàn)闈M足可行走蚜迅、拿取舵匾，甚至擰螺絲、揭幕布等精細(xì)操作谁不，往往要求更高的控制精度和響應(yīng)速度傳動(dòng)系統(tǒng)坐梯，這對于運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)模組的自重、體積刹帕、功率密度提出了更進(jìn)一步的要求吵血。

人形機(jī)器人概念逐漸升溫后，投資機(jī)構(gòu)紛紛加碼了潛在產(chǎn)業(yè)鏈上的多個(gè)受益標(biāo)的偷溺，雙環(huán)傳動(dòng)蹋辅、綠的諧波阅权、拓普集團(tuán)等機(jī)器人零部件廠商的估值進(jìn)一步抬升。但實(shí)際問題是挥疲，這些零部件生產(chǎn)企業(yè)所制造的核心零部件啸需，很難說真正適用于人形機(jī)器人。

一直以來搓捅，人形機(jī)器人的研究在很多高校實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)都在進(jìn)行跛拌，但據(jù)了解，在研發(fā)早期铆性，大多時(shí)候他們都是使用伺服電機(jī)+諧波或者擺線減速器來搭建自己的機(jī)器人却痴。這導(dǎo)致做出來的機(jī)器人除了成本昂貴以外，還肉見可見得遲鈍且笨重跨溺，這背后就意味著關(guān)節(jié)性能跟不上漩判、控制復(fù)雜等問題。

國內(nèi)一直以來其實(shí)都有企業(yè)進(jìn)行人形機(jī)器人部件相關(guān)研究惩投，例如最早機(jī)器人大講堂報(bào)道過INNFOS的NE-30以及后續(xù)多家協(xié)作機(jī)器人正加緊開發(fā)的一體化關(guān)節(jié)摘沥，其實(shí)都有望進(jìn)一步應(yīng)用在人形機(jī)器人領(lǐng)域。

而如今兄存，因克斯智能科技所研發(fā)推出的兩款關(guān)節(jié)模組熊镣，無疑更是讓人眼前一亮。

（圖為因克斯智能科技EC-A4310-P2-36）

▍提升科研價(jià)值

因克斯智能科技所推出的兩款關(guān)節(jié)模組具有很明顯的特征募书，峰值扭矩密度大绪囱、重量輕。

我們從因克斯智能科技官網(wǎng)公布的參數(shù)來看莹捡，一款名為EC-A8112-P1-18的產(chǎn)品峰值扭矩90Nm鬼吵，重量840g，另外一款名為EC-A4310-P2-36的產(chǎn)品峰值扭矩36Nm篮赢，重量僅為377g齿椅。

（圖為因克斯智能科技兩款產(chǎn)品參數(shù)）

對于人形機(jī)器人的研發(fā)來說，一直以來受到硬件和調(diào)試?yán)_启泣，具備峰值扭矩和重量這兩個(gè)特征優(yōu)勢的關(guān)節(jié)模組涣脚，對于人形機(jī)器人的研發(fā)幫助非常明顯。

一方面寥茫，就成本而言遣蚀，從一個(gè)更小型、更輕量的機(jī)器人入手坠敷，采取統(tǒng)一的關(guān)節(jié)模組設(shè)計(jì)而來的機(jī)器人汹涯，綜合采購成本會(huì)有一定程度的降低今捕，可以讓科研人員使用更加便捷数屁，加速研發(fā)進(jìn)程片侧，省去將不同產(chǎn)品磨合在一起的時(shí)間，整體穩(wěn)定性也會(huì)更加明顯透格，這使得在成本和調(diào)試時(shí)間上無疑更具優(yōu)勢微悬。

（視頻展示了峰值扭矩90Nm測試情況）

另一方面，由于這兩款產(chǎn)品的峰值扭矩/重量都很高韭拙，對足式機(jī)器人而言沙诅，峰值扭矩/重量越大，意味著機(jī)器人的承載能力祥扒、行走能力都會(huì)得到提高草仪。這有望進(jìn)一步減輕人形機(jī)器人的體積和重量，讓最終整機(jī)產(chǎn)品更具有優(yōu)勢鼻蟆，同時(shí)設(shè)計(jì)上也容易朝著更簡潔方向優(yōu)化振害。

除了這兩個(gè)關(guān)鍵特征，機(jī)器人大講堂還發(fā)現(xiàn)匀油，因克斯智能科技的兩款產(chǎn)品目前都配備雙編碼器缘缚。雙編碼器的優(yōu)勢不言而喻，該方案在協(xié)作機(jī)器人上應(yīng)用較多敌蚜，在四足機(jī)器人上價(jià)值同樣明顯桥滨。

在此前，市面上大部分四足關(guān)節(jié)是不具備雙編碼器弛车，這導(dǎo)致掉電輸出端的零點(diǎn)會(huì)丟失齐媒，因此在一些實(shí)驗(yàn)室，四足機(jī)器人開機(jī)的時(shí)候往往需要將腿擺放到特定位置帅韧，每次開機(jī)需要人工干預(yù)里初，而有了雙編碼器，斷電后重啟也能反饋輸出端的位置忽舟，開機(jī)不需要機(jī)器人的關(guān)節(jié)擺動(dòng)到特定位置双妨。

（圖為因克斯智能科技產(chǎn)品剖面圖）

▍產(chǎn)品誕生的背后

人形機(jī)器人零部件的研發(fā)并非一蹴而就，許多問題涉及到復(fù)雜的多學(xué)科交叉叮阅。例如為了提高機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性刁品、控制的效果，人形機(jī)器人有的一些關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速需要達(dá)到120rpm以上浩姥，又有時(shí)候需要衰減到20rpm凡宅，這就需要機(jī)器人關(guān)節(jié)模組的研發(fā)，除了需要功率密度簸眼，其實(shí)還需要進(jìn)一步考慮到常用扭矩下的效率钓闲、發(fā)熱，需要的最高轉(zhuǎn)速等等因素疤削。

據(jù)機(jī)器人大講堂了解拉盘，在研發(fā)兩款關(guān)節(jié)模組時(shí)序敷，因克斯智能科技就考慮到了具體應(yīng)用到人形機(jī)器人場景下的多個(gè)難點(diǎn)痛點(diǎn)問題。據(jù)因克斯智能科技介紹当糯，打造這兩款的初衷不同赋昔，其中一款主要是基于客戶需求，需要讓30Kg四足機(jī)器人（其中機(jī)器人本體重18kg捧练，負(fù)載12kg）能夠長時(shí)間工作亮绢，其主要優(yōu)勢在于電機(jī)不會(huì)過熱損壞，同時(shí)也能滿足更多其他機(jī)器人產(chǎn)品的需求风居。另外一款則主要是想應(yīng)用于企業(yè)搭建輕量化的機(jī)械臂俘戈，從而能夠搭載在四足機(jī)器人、農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人净响、足式機(jī)器人上该溯。

（視頻展示了持續(xù)扭矩30Nm測試情況）

由于四足機(jī)器人在行走過程中，其實(shí)對電機(jī)的負(fù)載是間斷性的沖擊載荷别惦，這就很難在理論和仿真上計(jì)算出電機(jī)合適的設(shè)計(jì)參數(shù)狈茉。為了達(dá)到客戶的實(shí)際要求，因克斯智能科技通過高強(qiáng)度測試積累了大量的四足機(jī)器人行走數(shù)據(jù)掸掸，然后進(jìn)行必要的熱力學(xué)仿真氯庆，并準(zhǔn)確地對主要發(fā)熱關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化處理，實(shí)現(xiàn)了其在正常踏步工況下觸地時(shí)扰付，關(guān)節(jié)負(fù)載力矩能小于其峰值力矩的1/5堤撵，從而才能將電機(jī)最高平衡溫度應(yīng)該在100度以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了四足機(jī)器人長時(shí)間穩(wěn)定工作羽莺。

在此基礎(chǔ)上实昨，因克斯智能科技的研發(fā)人員由經(jīng)過反復(fù)的仿真設(shè)計(jì)與打樣測試，平衡眾多設(shè)計(jì)參數(shù)盐固，耗時(shí)半年荒给，最終才得到了EC-A8112-P1-18這款峰值扭矩高達(dá)90Nm，重量僅有840g候榨，同時(shí)最高輸出轉(zhuǎn)速152rpm的產(chǎn)品哗缀。

（EC-A8112-P1-18官網(wǎng)宣傳截圖）

EC-A4310-P2-36的誕生初衷也同樣來自于需求。在此之前琅芍，因克斯智能科技的研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)板蜻，市面上絕大多數(shù)足式機(jī)器人的關(guān)節(jié)模組都幾乎采用無刷電機(jī)。究其原因甸垄，則是因?yàn)闊o刷電機(jī)的kv值較高捺盖，可以提高機(jī)器人的響應(yīng)速度，然而這就導(dǎo)致機(jī)器人關(guān)節(jié)很難進(jìn)行低速控制。在工業(yè)場景中融唬，許多廠商忽視了該痛點(diǎn)析口，但人形機(jī)器人的應(yīng)用場景，尤其是與人交互的應(yīng)用場景媳厕，卻不得不面對這種大力與小力之間快速且合理切換的問題。

（EC-A4310-P2-36官網(wǎng)宣傳截圖）

因克斯智能科技的研發(fā)人員通過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)群镰，要想實(shí)現(xiàn)例如空載轉(zhuǎn)速3000rpm的無刷電機(jī)控制到20rpm且轉(zhuǎn)速平穩(wěn)睬魂，除了電機(jī)本身要做齒槽轉(zhuǎn)矩優(yōu)化以外，控制算法上也需要做相應(yīng)的優(yōu)化镀赌。

為此氯哮，EC-A4310-P2-36不僅通過正向研發(fā)設(shè)計(jì)，最終硬件能力上實(shí)現(xiàn)了額定扭矩高達(dá)12Nm商佛，峰值扭矩可以高達(dá)36Nm喉钢，重量卻僅有377g。在算法上良姆，在試過PID肠虽、滑膜控制、ADRC等算法后玛追，因克斯智能科技的研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)這些都很難滿足要求税课，于是經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的不斷努力，又自主研發(fā)出了高速無刷電機(jī)低速控制算法痊剖，可以實(shí)現(xiàn)0到峰值轉(zhuǎn)速的95%定速控制韩玩，且轉(zhuǎn)速波動(dòng)非常平穩(wěn)。

（圖為A4310高低速控制測試演示）

該種算法配合帶雙編碼器的陆馁，不僅控制模式上可實(shí)現(xiàn)伺服控制找颓、力位混控、力矩控制等隨時(shí)無縫切換励砸，還可以做到負(fù)載自適應(yīng)狱诊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。以機(jī)械臂的一個(gè)應(yīng)用場景為例招蓝，采取該算法的機(jī)械臂猜摹，可以重量更輕卻負(fù)載能力更大、速度更快誊爵，同時(shí)其還既可以進(jìn)行搬石頭等粗操作灿磁，也可以進(jìn)行精細(xì)的操作。

（圖為A4310精度控制測試演示）

根據(jù)兩款產(chǎn)品的不同匆救，機(jī)器人大講堂認(rèn)為嫁橱，EC-A8112-P1-18或許主要可以適用在30kg以下四足的三個(gè)關(guān)節(jié)、小人型機(jī)器人（20kg以內(nèi)）的大腿關(guān)節(jié)扭妖、膝關(guān)節(jié)上环起。而EC-A4310-P2-36則可適用于桌面機(jī)械臂荡明、小人型機(jī)器人（20kg以內(nèi)）的髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)娘扩、上半身關(guān)節(jié)等着茸。

（圖為人型機(jī)器人及關(guān)節(jié)模組使用位置示意圖）

（圖為采取因克斯智能科技產(chǎn)品搭建的輕量化機(jī)械臂）

▍結(jié)語與未來

無論是工信部專門出臺(tái)了人形機(jī)器人的政策，還是資本市場對于人形機(jī)器人領(lǐng)域的推動(dòng)琐旁，人形機(jī)器人在國家戰(zhàn)略層面的推動(dòng)下涮阔，已經(jīng)可以預(yù)見將會(huì)迎來一個(gè)快速發(fā)展期，人形機(jī)器人的落地或許比我們想象中的要快灰殴。

而一個(gè)很明確的邏輯就是敬特，這必然帶動(dòng)上游零部件企業(yè)快速成長。因?yàn)槿祟愑谐^200+個(gè)自由度牺陶，其中手部就有27個(gè)自由度伟阔，但人類快走的功耗只有500W。而當(dāng)前人形機(jī)器人大多才只有有20個(gè)關(guān)節(jié)模組掰伸，功耗也非常高皱炉。

目前，人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究狮鸭，還很大程度上依然取決于設(shè)計(jì)目標(biāo)中定義的具體任務(wù)和功能娃承，但降低功耗的同時(shí)又具有類人的平衡/運(yùn)動(dòng)能力、高度的靈活性且智能化程度極高怕篷，或許已經(jīng)成為一個(gè)明確的軟硬件開發(fā)方向倒灰。這其實(shí)就與因克斯智能科技的產(chǎn)品研發(fā)方向不謀而合。

如果因克斯智能科技能夠緊跟人形發(fā)展浪潮憎唯，不斷優(yōu)化和突破用于人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)模組茬蓝，我們相信，隨著人形機(jī)器人的未來市場空間不斷擴(kuò)大筛粘，未來2—5年人形機(jī)器人數(shù)億美元的市場潛力釋放并暴漲到幾百億美元桐夭，那么以每個(gè)關(guān)節(jié)模組數(shù)千元人民幣的價(jià)格計(jì)算，整個(gè)關(guān)節(jié)模組市場潛力無疑遠(yuǎn)超預(yù)估熊倡，因克斯智能科技也將快速獲得突破十億元的市場空間搅谆。

由此可以判斷，這賽道具備強(qiáng)技術(shù)實(shí)力的領(lǐng)軍企業(yè)讳帆，值得資本與企業(yè)投資開發(fā)阀温。

（Jack 機(jī)器人大講堂）

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