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“減速器、伺服電機(jī)、控制器”被稱為人形機(jī)器人（學(xué)術(shù)界常稱為“仿人機(jī)器人”，英文名“humanoid robot”）硬件部分的三大核心單元，占機(jī)器人整身成本約一半以上，尤其作為人形機(jī)器人動(dòng)力源的伺服電機(jī)模塊，中國(guó)與國(guó)際一線水平差距甚遠(yuǎn)。

根據(jù) MIR 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)伺服電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)格局中外資品牌占據(jù)65%，國(guó)產(chǎn)品牌僅有35%，從產(chǎn)品形態(tài)上來(lái)看，高端伺服電機(jī)幾乎全部被國(guó)際品牌壟斷。以“三菱、安川、發(fā)那科、西門子”為第一梯隊(duì)的伺服電機(jī)企業(yè)形成了對(duì)中國(guó)企業(yè)的技術(shù)封鎖，嚴(yán)重限制我國(guó)雙足人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

從全球市場(chǎng)來(lái)看，雙足人形機(jī)器人賽道代表以波士頓動(dòng)力Atlas、本田ASIMO、敏捷機(jī)器人Cassie以及即將上市的特斯拉Optimus為主，而國(guó)內(nèi)一些科技廠商也在最近幾年開始跟進(jìn)。但無(wú)一例外，這些已發(fā)布的人形機(jī)器人產(chǎn)品，離我們心中期望的理想狀態(tài)還有很長(zhǎng)一段距離。

▍人形機(jī)器人逐夢(mèng)早在20世紀(jì)70年代開始

可行走的雙足人形機(jī)器人起源于日本，由1972年日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授研發(fā)，首款產(chǎn)品代號(hào)為 WABOT-1機(jī)器人原型機(jī)，擁有擬人化外形，搭載機(jī)械手腳、擁有視覺(jué)聽覺(jué)與肢體控制系統(tǒng)，盡管行走一步需要45秒，但這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)時(shí)已經(jīng)足以撼動(dòng)科學(xué)界。這也是人形機(jī)器人的早期雛形。

20世紀(jì)80年代，隨著工業(yè)化發(fā)展，日本經(jīng)濟(jì)在戰(zhàn)后迅速崛起，成為世界上最為強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)體之一，以本田為代表的公司相繼推出不同系列的人形機(jī)器人產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，本田公司掌握了人形機(jī)器人的核心技術(shù)，1996年推出P2人形機(jī)器人，首次實(shí)現(xiàn)了無(wú)外接電纜的多傳感器融合的人形機(jī)器人，2005年推出新一代ASIMO機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)跑步、單腳跳躍、上下樓梯以及踢足球等復(fù)雜動(dòng)作，是當(dāng)時(shí)公認(rèn)最領(lǐng)先的人形機(jī)器人。

美國(guó)科技公司波士頓動(dòng)力于1992年成立，早期是麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的研究小組，開發(fā)機(jī)器人和機(jī)器人軟件。2009年Atlas的前身Petman亮相，當(dāng)時(shí)只有兩條腿。2013年，初具人類外形的Atlas已經(jīng)能在碎石堆上行走。雖然在之后的幾年，波士頓動(dòng)力三次易主，但并未影響到Atlas的快速成長(zhǎng)。目前為止，Atlas能夠做到連續(xù)跳躍、翻滾、倒立等姿勢(shì)，并熟練掌握體操技巧，是目前公認(rèn)運(yùn)動(dòng)能力最強(qiáng)的人形機(jī)器人。

中國(guó)的雙足機(jī)器人研究起步上世紀(jì)80年代末，主要集中在高校與研究機(jī)構(gòu)為主。近期國(guó)內(nèi)人形機(jī)器人科研團(tuán)隊(duì)呈現(xiàn)百家爭(zhēng)鳴態(tài)勢(shì)，雖各有專長(zhǎng)，但綜合實(shí)力來(lái)看北京理工大學(xué)最強(qiáng)，特別是在人形機(jī)器人走、跑、跳等多模態(tài)高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)能力以及核心零部件等方面躋身世界前列。

▍在技術(shù)壁壘面前 資本是無(wú)力的 人形機(jī)器人拼的是綜合實(shí)力

想要讓人形機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)起來(lái)，既需要極強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制能力，也需要強(qiáng)大的感知和智慧能力。前者需要包括精密減速器、伺服電機(jī)、控制器等核心零部件的支持，而后者則需要更加高性能導(dǎo)航傳感器和強(qiáng)大的計(jì)算能力。

具體來(lái)說(shuō)，以往高端電機(jī)和液壓動(dòng)力裝置想要好用，就必須要購(gòu)買進(jìn)口產(chǎn)品，但由于外資品牌對(duì)中國(guó)企業(yè)形成技術(shù)壁壘，很多時(shí)候即便我們肯花錢，對(duì)方也不一定能夠賣給我們，而且即便我們通過(guò)特殊渠道買到高端電機(jī)產(chǎn)品，在缺乏算法與調(diào)試的場(chǎng)景下，依然可能與我們的理想結(jié)果差距甚遠(yuǎn)。比如同樣是Maxon電機(jī)產(chǎn)品，Schaft公司可以通過(guò)液冷配合超級(jí)電容的方式讓幾十公斤重的機(jī)器人自己跳起來(lái)。而其他公司即便是使用相同型號(hào)的電機(jī)也很難達(dá)到這樣的效果。在人形機(jī)器人領(lǐng)域有些技術(shù)壁壘并不是有錢就能突破的。

人形機(jī)器人的感知能力并不是機(jī)器人公司獨(dú)有，很多研究自動(dòng)駕駛的車企以及頭部的科技企業(yè)都很早地進(jìn)入到了視覺(jué)與環(huán)境感知的研發(fā)的行列當(dāng)中，這也就解釋了為什么特斯拉會(huì)推出人形機(jī)器人“Optimus”的原因。

底層運(yùn)動(dòng)算法與控制源于軟件算法的優(yōu)化以及大量樣本采集，早些年波士頓動(dòng)力的Atlas機(jī)器人就是靠實(shí)地測(cè)試一點(diǎn)點(diǎn)完成了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制的積累。它需要大量時(shí)間來(lái)沉淀，并不是依靠資本和開發(fā)人員就能縮短研發(fā)進(jìn)程的，換句話說(shuō)，核心部件與底層算法是硬科技實(shí)力。

▍產(chǎn)學(xué)研同步 中國(guó)雙足人形機(jī)器人產(chǎn)品躋身全球第一梯隊(duì)

中國(guó)人形機(jī)器人發(fā)展以高校和科研機(jī)構(gòu)為主，相比公司的運(yùn)作模式，不必過(guò)于急迫資本變現(xiàn)的壓力，進(jìn)而可以更好地專注于產(chǎn)品和技術(shù)本身。并且中國(guó)大量人才集中在高校，也能實(shí)現(xiàn)更快速的技術(shù)轉(zhuǎn)化。同時(shí)中國(guó)擁有更大的增量市場(chǎng)，對(duì)于人形機(jī)器人市場(chǎng)也抱有更加開放的態(tài)度。

雖然中國(guó)模式可以更好地孕育技術(shù)的蓬勃發(fā)展，但卡脖子的問(wèn)題真的解決了嗎？

2018年，當(dāng)特朗普揮手簽署備忘錄時(shí)，中美貿(mào)易戰(zhàn)正式打響，中科院列出35項(xiàng)中國(guó)需攻堅(jiān)的“卡脖子”技術(shù)清單！除了光刻機(jī)、芯片在內(nèi)我們熟知的技術(shù)之外，也包括機(jī)器人核心部件、操作系統(tǒng)等。

轉(zhuǎn)眼間5年過(guò)去了，在人形機(jī)器人核心零部件領(lǐng)域，通過(guò)科研院校的摸索，突破了電機(jī)、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)“卡脖子”問(wèn)題。其中北京理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)協(xié)同國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)力量，研發(fā)了高扭矩密度伺服電機(jī)、高爆發(fā)力控關(guān)節(jié)等核心部件，電機(jī)和關(guān)節(jié)峰值扭矩密度國(guó)際領(lǐng)先，初步實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)核心部件自主可控。北京理工華匯智能科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“理工華匯”）是北京理工大學(xué)學(xué)科性公司，依托于北京理工大學(xué)人形機(jī)器人團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行后續(xù)產(chǎn)業(yè)化工作，將話語(yǔ)權(quán)牢牢掌握在自己手中。

北京理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)早在2000年就開始了第一臺(tái)人形機(jī)器人的研發(fā)，僅用兩年時(shí)間，第一代人形機(jī)器人"匯童BHR-1"就正式亮相，身高1.58m，體重76kg ，全身?yè)碛?8個(gè)自由度，率先實(shí)現(xiàn)了人形機(jī)器人無(wú)外接電纜行走，"匯童BHR-1"的研發(fā)成功，讓中國(guó)成為繼日本之后第二個(gè)研制出無(wú)外接電纜行走人形機(jī)器人的國(guó)家。三年后，"匯童BHR-2"問(wèn)世，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定前進(jìn)，后退、下蹲、側(cè)行、上臺(tái)階等各種行走功能，而且可以完成太極拳、刀術(shù)等中國(guó)傳統(tǒng)武術(shù)的表演動(dòng)作，同時(shí)具有語(yǔ)音對(duì)話、平衡覺(jué)等功能。由于"匯童BHR-2"在復(fù)雜動(dòng)作協(xié)調(diào)控制方面取得重大進(jìn)展，也因此成功入選國(guó)家"十五"重大科技成就展、國(guó)家科技創(chuàng)新成就展。“匯童BHR-3”在二代基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)，分布式可靠性設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)工程化設(shè)計(jì)及可靠性方面有重大突破，人形機(jī)器人開始正式走出實(shí)驗(yàn)室，在中國(guó)科技館、廣東科學(xué)中心等實(shí)際展出。而“匯童”4則擁有多達(dá)46個(gè)自由度，突破了人類表情模擬、移動(dòng)作業(yè)規(guī)劃等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了喜、怒、哀、樂(lè)等表情動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)性能大幅提升，“匯童”5主打高爆發(fā)運(yùn)動(dòng)性能，全身?yè)碛?0個(gè)自由度，突破了基于高速視覺(jué)伺服的靈巧動(dòng)作控制，全身協(xié)調(diào)自主反應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人對(duì)打乒乓球200多個(gè)回合。實(shí)現(xiàn)了人形機(jī)器人高度感知與運(yùn)動(dòng)控制能力的演示驗(yàn)證。“匯童6”實(shí)現(xiàn)了“走、跑、跳、摔、滾、爬”多模態(tài)運(yùn)動(dòng)，奔跑速度達(dá)7.2km/h，跳高0.52m，跳遠(yuǎn)1.08m，是目前國(guó)際上跳得最高最遠(yuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)人形機(jī)器人。

經(jīng)過(guò)23年的技術(shù)沉淀，歷經(jīng)6代“匯童”人形機(jī)器人產(chǎn)品研發(fā)，可以說(shuō)，“匯童”系列機(jī)器人見證了中國(guó)人形機(jī)器人的發(fā)展史。理工華匯這家企業(yè)圍繞底層算法和核心部件，經(jīng)過(guò)8年試驗(yàn)、應(yīng)用、推廣，潛心研究、默默無(wú)聞。終于能夠聚焦人形機(jī)器人市場(chǎng)，形成了人形機(jī)器人、核心部件（電機(jī)、關(guān)節(jié)）等系列化標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，

目前理工華匯“匯童”雙足人形機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)控制、導(dǎo)航、軟件、電機(jī)、減速器等核心零部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)國(guó)產(chǎn)化，并且突破了高爆發(fā)一體化驅(qū)動(dòng)、仿生控制、剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)集成等核心技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)快速行走、單腳跳躍、雙腳離地奔跑等一系列高難度運(yùn)動(dòng)。

自研電機(jī)、關(guān)節(jié)測(cè)試平臺(tái)

本屆2023世界機(jī)器人大會(huì)，理工華匯對(duì)“匯童”雙足人形機(jī)器人進(jìn)行了更新，采用新一代自研驅(qū)動(dòng)部件的“匯童”人形機(jī)器人身高達(dá)到165cm，體重為55kg，整身?yè)碛?6個(gè)自由度，奔跑速度可達(dá)7km/h，跳躍高度為0.5m，雙足原地跳躍距離可達(dá)1m，能夠自主攀登20cm高度的樓梯，自主跨越30cm高度障礙。

匯童電驅(qū)人形機(jī)器人跳高測(cè)試

匯童人形機(jī)器人跳遠(yuǎn)

此外，在輪腿式機(jī)器人研究方面，新一代電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪腿式人形機(jī)器人擁有高爆發(fā)能力，最快行進(jìn)速度15km/h，且具備適應(yīng)草地、下樓梯、跳躍等運(yùn)動(dòng)能力。此外可以實(shí)現(xiàn)輪腿運(yùn)動(dòng)的融合。理工華匯通過(guò)長(zhǎng)期在雙足人形機(jī)器人領(lǐng)域打磨，已填補(bǔ)國(guó)內(nèi)電驅(qū)人形機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)空白，對(duì)標(biāo)國(guó)際市場(chǎng)，使中國(guó)雙足人形機(jī)器人產(chǎn)品在國(guó)際上有一席之地。

匯童輪腿式機(jī)器人下臺(tái)階

匯童輪腿式機(jī)器人適應(yīng)草地行走

從硬件方面來(lái)看，目前中國(guó)電驅(qū)人形機(jī)器人技術(shù)已逐漸成熟，未來(lái)我們有機(jī)會(huì)看到行動(dòng)更加靈活，機(jī)械力量更為強(qiáng)大的人形機(jī)器人產(chǎn)品。而隨著ChatGPT大語(yǔ)言模型的加入，給予人形機(jī)器人更好的思考和交互能力。未來(lái)隨著商業(yè)化大規(guī)模量產(chǎn)，我們將目睹中國(guó)自主研發(fā)的AGI通用人形機(jī)器人時(shí)代的到來(lái)。

我們都在說(shuō)，科技改變生活，雙足人形機(jī)器人就像孤勇的前行者，離開舒適明亮的科技圈，手持火把黑暗中摸索前行?；鸢颜樟燎胺轿粗牡缆?，而我們就是它曾經(jīng)走過(guò)的腳印。