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編者按：人形機器人作為未來產(chǎn)業(yè)之一，集成人工智能、高端制造、新材料等先進技術(shù)，有望成為繼計算機、智能手機、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品，將深刻變革人類生產(chǎn)生活方式，重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。為推動人形機器人產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，培育形成新質(zhì)生產(chǎn)力，中國電子報特推出“人形機器人高質(zhì)量發(fā)展”系列訪談，采訪人形機器人整機、“大腦”、“小腦”、“肢體”及應(yīng)用等領(lǐng)域的企業(yè)家和專家學(xué)者，深度解析人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢和瓶頸。敬請關(guān)注。
在人形機器人整機本體中，減速器、伺服系統(tǒng)、控制器是三大核心零部件，約占整機總成本的70%，決定了人形機器人運動精度、穩(wěn)定性、負荷能力等重要性能指標，技術(shù)壁壘和研究難度極高。其中，伺服系統(tǒng)為人形機器人提供精確的運動速度和位置控制，驅(qū)動機器人按照預(yù)設(shè)的路徑和速度進行運動，相當(dāng)于人形機器人的“肌肉”，約占總成本的20%。
日前，《中國電子報》記者專訪了哈爾濱西恩科技有限公司董事長楊明。楊明表示，做好人形機器人“肌肉”有三大難點亟待突破。
人形機器人伺服系統(tǒng)有三大發(fā)展難點
“要有全球領(lǐng)先的零部件，才會有全球領(lǐng)先的人形機器人?！睏蠲髡J為，零部件是人形機器人的重要基礎(chǔ)，需要被高度重視。
在人形機器人結(jié)構(gòu)中，伺服系統(tǒng)可類比為人類的肌肉，人形機器人的運動能力以及負重多少都取決于伺服系統(tǒng)的能力以及效率?！叭说倪\轉(zhuǎn)需要心臟將血液輸送到各個器官和肌肉，人形機器人則需要電池電線提供電力，再緊密配合電機驅(qū)動器協(xié)同工作，在相同的電池容量下，誰能負重更多、工作時間更長，誰的伺服系統(tǒng)效率就越高。”楊明為記者舉例說明伺服系統(tǒng)好壞對于人形機器人的重要性——同為80公斤的體重，舉重冠軍可以抓起150公斤的重量，而普通人則無法完成。
楊明表示，作為機器人大規(guī)模商用的下一個爆發(fā)點，人形機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類存在的勞動力。以“成為勞動力”為目標的人形機器人對伺服系統(tǒng)提出更高的要求——高功率密度、高爆發(fā)、高智能性。
在高功率密度方面，楊明指出，人形機器人的伺服關(guān)節(jié)驅(qū)動器追求高功重比——伺服驅(qū)動器自身很輕，但是發(fā)出的功率和轉(zhuǎn)矩卻非常大。同樣是輸出5000瓦的能力，常規(guī)機器人驅(qū)動器尺寸的大小像一只成年男子的手掌，但是人形機器人的驅(qū)動器尺寸只有半個火柴盒大小，這幾乎是機械物理的極限，也是人形機器人伺服系統(tǒng)的難點之一。
人形機器人伺服系統(tǒng)的另一個難點是高爆發(fā)性——人形機器人彈跳、蹦跳的高度取決于電機與減速機的工作狀態(tài)及其動能轉(zhuǎn)化效率。人形機器人工作時，減速器、驅(qū)動器和驅(qū)動電機三者需要串聯(lián)協(xié)作才能發(fā)揮最大作用。楊明表示，國際先進公司的伺服系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)化效率甚至達到了99%的，自己團隊的轉(zhuǎn)化效率也可以達到99%。
在高智能性方面，人形機器人伺服系統(tǒng)需要在參數(shù)自整定免調(diào)試以及智能健康運維的角度持續(xù)精進。楊明舉例說，一個特斯拉擎天柱機器人大約使用40個驅(qū)動器，如果工程師去逐個調(diào)節(jié)驅(qū)動器是非常費時和困難的。因此伺服驅(qū)動器需要具備智能自整定能力，驅(qū)動器可以自己調(diào)整參數(shù)——讓機器人的雙腿行走地更流暢，讓雙臂的運動變得更加柔順，這就需要在驅(qū)動算法層面將電機調(diào)校好。此外，智能化還包括讓伺服系統(tǒng)不僅能夠作為一個執(zhí)行機構(gòu)，也需要具備自動故障診斷，自動維護報警等功能。
楊明坦言，在伺服電機和減速器等硬件領(lǐng)域，中國與國際先進水平差距不大，但是在軟件，比如電子驅(qū)動軟件等方面還需要很大提升，例如在底層芯片、軟開關(guān)技術(shù)等方面。但是，國內(nèi)的零部件公司也具備自己的獨特優(yōu)勢，例如提供定制化服務(wù)能力高?！叭诵螜C器人的各個主機廠設(shè)計不同，形狀和空間也有所差異，供應(yīng)商需要根據(jù)主機廠的需求，例如形狀、尺寸等提供定制化服務(wù)，目前國內(nèi)供應(yīng)商在生產(chǎn)效率和服務(wù)質(zhì)量方面更勝一籌?！睏蠲髡f道。
中國在人形機器人賽道具備三大優(yōu)勢
近期，網(wǎng)絡(luò)上“2024年是人形機器人商業(yè)化元年”的論斷鋪天蓋地，楊明認為，人形機器人商業(yè)化的進度條正在快速拉動，但還未達到商業(yè)化的目標?！叭诵螜C器人的定位是未來產(chǎn)業(yè)，這意味著它非短期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化落地?！睏蠲髡f道。
楊明認為，以“成為勞動力”為目標，人形機器人的智力水平和體力水平可能都需要進一步提升。他表示，在機械領(lǐng)域，目前人形機器人在續(xù)航能力、負載能力、靈活程度等指標上與真實的人類相差巨大?！拔艺J為應(yīng)該集中突破這個技術(shù)基礎(chǔ)，專業(yè)的公司做專業(yè)的事，最后再想辦法降低生產(chǎn)成本?！睏蠲鞅硎?。
楊明指出，智力和體力是兩個同樣重要的杠桿。在大模型等人工智能技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用之前，機器人的特征是體力強但是智力幾乎為零。“現(xiàn)在人工智能技術(shù)讓機器人的智力顯著提升，我現(xiàn)在開始擔(dān)心機器人的機體能力能否匹配得上其智力水平?！彼f。
例如，續(xù)航能力不足就是人形機器人從工業(yè)場景走到千家萬戶的“攔路虎”，人形機器人當(dāng)前的電池和電能轉(zhuǎn)化效率都亟待提升——目前的人形機器人行走很慢、不會跑跳、或者負重之后的運動能力表現(xiàn)不佳?！安灰f是人形機器人，目前在售的四足機器狗，雖然售價已經(jīng)下降至萬元級別，但是續(xù)航能力十分有限，十分影響力用戶的體驗感?！睏蠲髡f道。
除了續(xù)航能力方面，標準化建設(shè)、性能評級等問題也是人形機器人產(chǎn)業(yè)商業(yè)化落地前亟待完善的環(huán)節(jié)。楊明表示，在人形機器人領(lǐng)域國家標準、行業(yè)標準和團體標準亟待完善補全。此外，人形機器人作為一個智能終端產(chǎn)品，也需要權(quán)威機構(gòu)進行評價認證以及市場研究機構(gòu)進行銷售統(tǒng)計分析?！?例如，在手機領(lǐng)域，蘋果、三星、華為的手機性能和銷售情況有相應(yīng)標準和統(tǒng)計機構(gòu)來輔助判斷。但是當(dāng)前的人形機器人關(guān)節(jié)部件、驅(qū)動產(chǎn)品還沒有明確的指標和標準，產(chǎn)品優(yōu)劣很難判別。”楊明表示。
記者觀察到，近日，工信部等四部門聯(lián)合印發(fā)的《國家人工智能產(chǎn)業(yè)綜合標準化體系建設(shè)指南（2024版）》正式發(fā)布，文件就明確提出加快構(gòu)建包括具身智能等在內(nèi)的標準體系夯實標準對推動技術(shù)進步、促進企業(yè)發(fā)展、引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級、保障產(chǎn)業(yè)安全的支撐作用。在相關(guān)政策的推動下，人形機器人標準化工作也將加速建設(shè)健全。
楊明認為，中國有望建設(shè)成為全球人形機器人高地，中國在人形機器人賽道具備三大發(fā)展優(yōu)勢。一是，中國的資本力量十分雄厚而且活躍，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入發(fā)展動力。二是，中國的人形機器人企業(yè)豐富度較高，有很多非常有活力、有實力的公司、高校和機構(gòu)積極布局人形機器人，既有家電和消費電子龍頭企業(yè)，如小米、海爾、長虹等；也有實力雄厚的機器人公司，例如匯川、埃斯頓等；還有北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)等高校孵化的諸多創(chuàng)業(yè)公司。三是，各級政府高度重視人形機器人產(chǎn)業(yè)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和配套不斷完善和落地。
楊明簡介：電氣工程工學(xué)博士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師；IEEE高級會員、中國自動化學(xué)會電氣自動化專委會副主任委員、中達青年學(xué)者；主持并承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、國家科技重大專項、工信部高質(zhì)量專項、華為、臺達電子、西門子等各類項目50余項；獲2023年中國儀器儀表學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎-科技進步二等獎；起草伺服驅(qū)動及電機系統(tǒng)性能測試行業(yè)標準10項、國家標準1項，發(fā)表學(xué)術(shù)文章200余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利36項（含日本專利1項）。
作者丨王偉編輯丨邱江勇美編丨馬利亞監(jiān)制丨連曉東
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