資本或許讓人形機器人存在泡沫,但技術(shù)并不存在泡沫,尤其越往產(chǎn)業(yè)鏈下游走,越是真刀真槍、沒有水分的硬核較量。核心零部件的進化速度,直接決定了人形機器人的進化速度。
在全球范圍內(nèi),人形機器人的構(gòu)型如今開始趨同,不少行業(yè)人士認為,人形機器人在硬件方案上已經(jīng)趨于收斂。然而近期,一家名為動易科技的企業(yè),推出了行業(yè)罕見的準(zhǔn)直驅(qū)一體化擺線關(guān)節(jié)系列,其中,大扭矩款PhyArc150峰值扭矩超過530N.m,輕巧款PhyArc102重量僅為1kg,但峰值扭矩密度超200N.m/kg,給本就火熱的行業(yè)撕開了一道創(chuàng)新的口子。
在人形機器人行業(yè),硬件能力決定了人形機器人的性能上限,關(guān)節(jié)自由度決定了機器人運動模型的復(fù)雜度。在關(guān)節(jié)領(lǐng)域,擺線方案是一些機器人公司的預(yù)研路線,但行業(yè)內(nèi)并沒有公司將擺線技術(shù)作為主要技術(shù)方案。動易科技作為一家初創(chuàng)公司,上來就不按套路出牌,頗有些行業(yè)顛覆者的意味。
▍擺線方案:獨樹一幟的新路線
通常來講,人形機器人的關(guān)節(jié)模組方案以行星、諧波減速器為主,兩種方案各自的技術(shù)特性決定了其不同的應(yīng)用邊界。
其中,行星減速器是相對成熟的方案,成本、加工難度都比較低,憑借多級齒輪傳動結(jié)構(gòu),能夠輸出極高扭矩,但是背隙大一直是行星方案難以解決的問題,在經(jīng)過沖擊后,背隙會變得更大,增加了機器人的控制難度。
而諧波減速器以柔輪變形傳遞動力的獨特設(shè)計,雖然實現(xiàn)了極高的傳動精度,從而成為協(xié)作機器人領(lǐng)域的標(biāo)配,但柔輪強度不夠,在高頻沖擊下易發(fā)生斷裂,導(dǎo)致抗沖擊性不足,壽命與可靠性成為致命短板,限制其在動態(tài)場景的應(yīng)用。
可以發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)關(guān)節(jié)方案中,行星減速器雖扭矩強勁卻精度不足,諧波減速器精度卓越卻易受沖擊損傷,這些局限導(dǎo)致人形機器人長期面臨“動力與精度難以兼得”的困境
而在工業(yè)機械臂領(lǐng)域,RV減速器被廣泛使用。擺線減速器作為RV減速器的一種,其技術(shù)特性恰好填補了行星與諧波方案之間的空白地帶。擺線輪與針齒嚙合的原理,天生具備大扭矩和抗沖擊性,這一特性使其最早在工業(yè)機器人關(guān)節(jié)、機床轉(zhuǎn)臺等需要高精度、高可靠性、重載荷的場景占據(jù)主導(dǎo)地位。
在人形機器人能力亟待提升的當(dāng)下,一些人形機器人企業(yè)的視野已經(jīng)轉(zhuǎn)向研發(fā)擺線方案。然而,傳統(tǒng)擺線方案因齒形設(shè)計粗放,體積大、背隙大(通常超過3弧分)、反驅(qū)力高,增加了機器人的控制難度,綜合性能難以滿足人形機器人的設(shè)計需求。
機器人大講堂獲悉,動易科技本次推出的準(zhǔn)直驅(qū)一體化擺線關(guān)節(jié)模組,定位于關(guān)節(jié)模組中的“六邊形戰(zhàn)士”,從底層零部件開始全棧自研,深度融合了高精度擺線減速器、自研力矩電機、驅(qū)動系統(tǒng)與雙編碼器,從而做到了背隙僅有1弧分,可承受5倍以上瞬時過載沖擊力,具備輕量化、高爆發(fā)、抗沖擊、高精度、響應(yīng)快、集成度高、穩(wěn)定性強等特點。這場“關(guān)節(jié)革命”的背后,是動易對關(guān)節(jié)模組傳統(tǒng)方案的技術(shù)革新——大扭矩、高精度、低反驅(qū),從此不再是非此即彼的選擇題
這種多指標(biāo)的均衡與融合,徹底打破了擺線技術(shù)在人形機器人領(lǐng)域的天花板,成為該賽道上的技術(shù)革新者與破局者,為人形機器人產(chǎn)品帶來了新的可能性和想象力。使得人形機器人產(chǎn)業(yè),或許正因這樣的“創(chuàng)新方案”,加速逼近“黃金解”的臨界點。
▍全棧自研:機器人“運動心臟”的技術(shù)突圍
動易的破局之道在于通過技術(shù)重構(gòu),既保留工業(yè)級動力性能,又通過材料實現(xiàn)輕量化,從而填補了人形機器人關(guān)節(jié)技術(shù)的空白,將擺線關(guān)節(jié)模組變?yōu)槿诵螜C器人的高性能動力單元。機器人大講堂了解到,動易科技即將發(fā)布的人形機器人同樣采用了擺線關(guān)節(jié)模組方案,能夠?qū)崿F(xiàn)多種擬人動作。
目前,動易科技展示出的該系列產(chǎn)品包含高扭矩款及高扭矩密度款等多尺寸規(guī)格產(chǎn)品。其中,大扭矩款PhyArc 150峰值扭矩超530N.m,超過F1賽車發(fā)動機扭矩,這種極致的輸出扭矩,能讓人形機器人具備高爆發(fā)、響應(yīng)快的動態(tài)特性,從而更容易實現(xiàn)高難度等動作,適用于對機器人運動性能和控制精度要求較高的應(yīng)用場景,能夠滿足機器人在復(fù)雜任務(wù)和多樣化工作環(huán)境下的需求。
另外一款PhyArc 102重量僅1kg,扭矩密度高達200N.m/kg,則在輕量化與動力性能之間找到完美平衡。
在通訊方面,動易科技自研Ethernet+CANFD雙路混控通訊架構(gòu),最高支持百兆以上通信帶寬,硬實時通信頻率達1kHz以上,適應(yīng)高頻運動環(huán)境。
為了進一步提升關(guān)節(jié)的扭矩輸出精度與響應(yīng)速度,動易科技研發(fā)團隊自主研發(fā)了電機驅(qū)動器、主控板及電源管理系統(tǒng),大幅提升輸出功率與功率密度。在電機驅(qū)動器領(lǐng)域,動易科技研發(fā)團隊深度優(yōu)化摩擦補償技術(shù),有效抵消齒槽轉(zhuǎn)矩的不利影響,并且自研轉(zhuǎn)動慣量補償算法,獲得極低的相位延遲從而實現(xiàn)高速響應(yīng),憑借精細的電流力矩系數(shù)補償算法,確保扭矩輸出精準(zhǔn)無誤。此外,突破性的電源管理系統(tǒng)采用智能優(yōu)化策略,在顯著延長電池續(xù)航能力的同時,配合多重安全防護設(shè)計,全方位保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
動易科技自研電機驅(qū)動器、主控板及電源管理系統(tǒng)
此外,動易科技PhyArc系列關(guān)節(jié)模組創(chuàng)新選用了輕質(zhì)材料,在減輕重量的同時,讓關(guān)節(jié)迸發(fā)出更強性能。同時為關(guān)節(jié)加入了獨特的散熱方式,不至于過熱,散熱效率高,讓電機在高功率運行時仍能保持穩(wěn)定。
▍正向研發(fā):從關(guān)節(jié)模組到智能體生態(tài)
作為引領(lǐng)行業(yè)創(chuàng)新的新銳勢力,動易的野心不止于關(guān)節(jié),而是秉承正向研發(fā)的理念,構(gòu)建「從AI出發(fā)設(shè)計硬件-把硬件交給AI」的閉環(huán),在機器人的硬件設(shè)計環(huán)節(jié)就直接服務(wù)于AI需求,讓硬件成為AI的“肢體語言”,讓機器人從“理解物理世界”到“改變物理世界”,讓人形機器人成為AGI時代的“通用基礎(chǔ)設(shè)施”。
在研發(fā)流程設(shè)計上,動易科技的做法也和行業(yè)常規(guī)不同。動易科技創(chuàng)始人兼CEO任曉雨介紹稱,動易科技研發(fā)團隊在設(shè)計產(chǎn)品時,會讓算法團隊先行啟動,通過仿真得到數(shù)據(jù)結(jié)果與洞察,再交由機械和電磁團隊從底層設(shè)計硬件的性能,接著由電氣團隊優(yōu)化性能,最后再把產(chǎn)品交給算法同事。
這種研發(fā)模式與傳統(tǒng)模式最大的不同在于,在早期設(shè)計的時候,就引入了AI算法,算法團隊通過AI分析——整體的硬件設(shè)計、人形機器人的結(jié)構(gòu),對AI是否友好,AI操控是否柔順,“在這種設(shè)計理念之下,可以說我們的硬件是目前市面上最適配AI的硬件”。
在這樣的研發(fā)理念驅(qū)動下,動易科技不僅機器人本體“為AI而設(shè)計”,關(guān)節(jié)模組同樣是“AI關(guān)節(jié)”,讓關(guān)節(jié)模組不僅是“動力單元”,也是“智能執(zhí)行終端”。
據(jù)了解,動易科技在做關(guān)節(jié)一體化設(shè)計時,研發(fā)團隊反復(fù)調(diào)試優(yōu)化了擺線輪的齒型、間隙,提升了減速器的配合精度,同時降低了關(guān)節(jié)的反驅(qū)力,同時在減速器、力矩電機的耦合問題上鉆研了很久,轉(zhuǎn)動慣量與阻尼補償算法能讓電機實時感知0.001度的位置偏差——這種極高的精度可以讓末端精細化操作更精準(zhǔn)。
除了型號多樣,動易在設(shè)計關(guān)節(jié)模組之初還考慮到了通用性這一問題,為此構(gòu)建出了一套相對完整的智能體關(guān)節(jié)生態(tài)及完整的軟件開發(fā)生態(tài),在高性能之外提升了集成度。其關(guān)節(jié)搭配自研接口板及開發(fā)套件,擁有完備開發(fā)接口,開發(fā)者可快速上手,而且關(guān)節(jié)之間相互組合,快速構(gòu)建各種形態(tài)的機器人。
未來,隨著多模態(tài)大模型與高性能硬件的協(xié)同創(chuàng)新,人形機器人等產(chǎn)品或有望真正融入生產(chǎn)與生活,成為改變物理世界的關(guān)鍵力量。
動易科技的準(zhǔn)直驅(qū)擺線關(guān)節(jié)模組,實現(xiàn)了關(guān)節(jié)模組“扭矩密度、精度、響應(yīng)速度”的全面超越,其意義不僅在于解決行業(yè)痛點,更在于為人形機器人賦予超強的身體素質(zhì),讓機器人與物理世界的交互從理想照進現(xiàn)實。正如動易的使命所言——讓機器人從“理解物理世界”到“改變物理世界”,這家人形機器人新銳勢力,正用一塊“運動心臟”叩響未來之門,也在用正向研發(fā)的理念,證明著自研技術(shù)的顛覆性價值。
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