人形机器人伺服系统三大难点待突破

编者按：人形机器人作为未来产业之一，集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品，将深刻变革人类生产生活方式，重塑全球产业发展格局。为推动人形机器人产业高质量发展，培育形成新质生产力，《中国电子报》特推出“人形机器人高质量发展系列访谈”，采访人形机器人整机、“大脑”、“小脑”、“肢体”及应用等领域的企业家和专家学者，深度解析人形机器人产业发展现状、趋势和瓶颈。敬请关注。

在人形机器人整机本体中，减速器、伺服系统、控制器是三大核心零部件，约占整机总成本的70%，决定了人形机器人运动精度、稳定性、负荷能力等重要性能指标，技术壁垒和研究难度极高。其中，伺服系统为人形机器人提供精确的运动速度和位置控制，驱动机器人按照预设的路径和速度进行运动，相当于人形机器人的“肌肉”，约占总成本的20%。

日前，《中国电子报》记者专访了哈尔滨西恩科技有限公司董事长杨明。杨明表示，做好人形机器人“肌肉”有三大难点亟待突破。

人形机器人伺服系统有三大发展难点

“要有全球领先的零部件，才会有全球领先的人形机器人。”杨明认为，零部件是人形机器人的重要基础，需要被高度重视。

在人形机器人结构中，伺服系统可类比为人类的肌肉，人形机器人的运动能力以及负重多少都取决于伺服系统的能力以及效率。“人的运转需要心脏将血液输送到各个器官和肌肉，人形机器人则需要电池电线提供电力，再紧密配合电机驱动器协同工作，在相同的电池容量下，谁能负重更多、工作时间更长，谁的伺服系统效率就越高。”杨明为记者举例说明伺服系统好坏对于人形机器人的重要性——同为80公斤的体重，举重冠军可以举起150公斤的重量，而普通人则无法完成。

杨明表示，作为机器人大规模商用的下一个爆发点，人形机器人不再是吸引人眼球的玩具或者吉祥物，而是真正可以替代人类存在的劳动力。以“成为劳动力”为目标的人形机器人对伺服系统提出更高的要求——高功率密度、高爆发性、高智能性。

在高功率密度方面，杨明指出，人形机器人的伺服关节驱动器追求高功重比——伺服驱动器自身很轻，但是发出的功率和转矩却非常大。同样是输出5000瓦的能力，常规机器人驱动器尺寸的大小像一只成年男子的手掌，但是人形机器人的驱动器尺寸只有半个火柴盒大小，这几乎是机械物理的极限，也是人形机器人伺服系统的难点之一。

人形机器人伺服系统的另一个难点是高爆发性——人形机器人弹跳、蹦跳的高度取决于电机与减速机的工作状态及其动能转化效率。人形机器人工作时，减速器、驱动器和驱动电机三者需要串联协作才能发挥最大作用。杨明表示，国际先进公司的伺服系统电能转化效率甚至达到了99%，而自己团队的转化效率也可以达到99%。

在高智能性方面，人形机器人伺服系统需要在参数自整定免调试以及智能健康运维的角度持续精进。杨明举例说，一个特斯拉擎天柱机器人大约使用40个驱动器，如果工程师去逐个调节驱动器是非常费时和困难的。因此伺服驱动器需要具备智能自整定能力，驱动器可以自己调整参数——让机器人的双腿行走得更流畅，让双臂的运动变得更加柔顺，这就需要在驱动算法层面将电机调校好。此外，智能化还包括让伺服系统不仅能够作为一个执行机构，还需要具备自动故障诊断、自动维护报警等功能。

杨明坦言，在伺服电机和减速器等硬件领域，中国与国际先进水平差距不大，但是在软件，比如电子驱动软件等方面还需要很大提升，例如在底层芯片、软开关技术等方面。但是，国内的零部件公司也具备自己的独特优势，例如提供定制化服务能力高。“人形机器人的各个主机厂设计不同，形状和空间也有所差异，供应商需要根据主机厂的需求，例如形状、尺寸等提供定制化服务，目前国内供应商在生产效率和服务质量方面更胜一筹。”杨明说道。

中国在人形机器人赛道具备三大优势

近期，网络上“2024年是人形机器人商业化元年”的论断铺天盖地，杨明认为，人形机器人商业化的进度条正在快速拉动，但还未达到商业化的目标。“人形机器人的定位是未来产业，这意味着它非短期内能够实现大规模商业化落地。”杨明说道。

杨明认为，以“成为劳动力”为目标，人形机器人的智力水平和体力水平可能都需要进一步提升。他表示，在机械领域，目前人形机器人在续航能力、负载能力、灵活程度等指标上与真实的人类相差巨大。“我认为应该集中力量突破这个技术基础，专业的公司做专业的事，最后再想办法降低生产成本。”杨明表示。

杨明指出，智力和体力是两个同样重要的杠杆。在大模型等人工智能技术大规模应用之前，机器人的特征是体力强但是智力几乎为零。“现在人工智能技术让机器人的智力显著提升，我现在开始担心机器人的机体能力能否匹配得上其智力水平。”他说道。

例如，续航能力不足就是人形机器人从工业场景走向千家万户的“拦路虎”，人形机器人当前的电池和电能转化效率都亟待提升——目前的人形机器人行走很慢、不会跑跳，或者负重之后的运动能力表现不佳。“不要说是人形机器人，目前在售的四足机器狗，虽然售价已经下降至万元级别，但是续航能力十分有限，十分影响用户的体验感。”杨明说道。

除了续航能力，标准化建设、性能评级等问题也是人形机器人产业商业化落地前亟待完善的环节。杨明表示，在人形机器人领域，国家标准、行业标准和团体标准亟待完善补全。此外，人形机器人作为一个智能终端产品，也需要权威机构进行评价认证以及市场研究机构进行销售统计分析。“ 例如，在手机领域，苹果、三星、华为的手机性能和销售情况有相应标准和统计机构来辅助判断，但是当前的人形机器人关节部件、驱动产品还没有明确的指标和标准，产品优劣很难判别。”杨明表示。

记者观察到，近日，工信部等四部门联合印发的《国家人工智能产业综合标准化体系建设指南（2024版）》正式发布，文件就明确提出加快构建包括具身智能等在内的标准体系夯实标准对推动技术进步、促进企业发展、引领产业升级、保障产业安全的支撑作用。在相关政策的推动下，人形机器人标准化工作也将加速建设健全。

杨明认为，中国有望建设成为全球人形机器人高地，中国在人形机器人赛道具备三大发展优势。一是，中国的资本力量十分雄厚且活跃，为产业发展注入发展动力。二是，中国的人形机器人企业丰富度较高，有很多非常有活力、有实力的公司、高校和机构积极布局人形机器人，既有家电和消费电子龙头企业，如小米、海尔、长虹等，也有实力雄厚的机器人公司，例如汇川、埃斯顿等，还有北京大学、清华大学、中国科学院大学等高校孵化的诸多创业公司。三是，各级政府高度重视人形机器人产业，相关产业政策和配套设施不断完善和落地。