人形机器人黑科技解密：后空翻、动手指都靠它( 二 ) 智东西（公众号：zhidxcom）作者

数量上，自由度越多，能做的动作越复杂。自由度可以简单理解成能让一个物体独立运动的数量。小米人形机器人“铁大”全身有21个自由度，特斯拉“擎天柱”的更多，全身自由度共28个。
形态上，体积越小，机器人外形越精巧。深圳安普斯的伺服系统专业研发人员透露，伺服驱动器在工业领域已经很成熟，但放到人形机器人中需做到更小，突破这一点后，精度、控制性能、柔性化等就都不是大问题了。
功能上，输出扭矩越大，承载能力越强。波士顿旧版Atlas的膝关节扭矩已高达890Nm ，髋关节扭矩达840Nm 。小米“铁大”的髋关节主要电机瞬时峰值扭矩可达到300Nm 。
人在运动过程中，脚底接触地面瞬间的冲击力是人体体重的数倍。因此人形机器人要想像人类一样瞬时起跑、弹跳，很考验驱动系统的快速响应和能量效率。
要让机器人动作速度快，驱动器在提供很大输出功率的同时，需确保不会因为发热量太大而被烧坏。驱动系统还要具备出色的缓冲冲击能力，来保护驱动器不会因为猛烈撞击而损毁。
掌握抓握的力度也很重要。举个例子，如果让机器人去拿鸡蛋，握力过大，可能把鸡蛋捏碎；握力过小，鸡蛋就摔地上了。因此驱动系统需与控制系统协作，精细控制每一个动作的轻重。
总体来说，人形机器人的驱动器必须做到体积小、重量轻、轴向尺寸短、高功率密度、高能量利用效率、精度可控、耐冲击性等特性，结合机器人整机结构和控制系统设计优化，才能保证其关节动作的高效执行。这不仅是制约人形机器人更灵活、自由的关键，同时也是让其实现规模化量产、应用的重要门槛之一。

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▲小米人形机器人铁大在发布会现场走路
二、波士顿动力VS特斯拉小米，驱动器差别有多大？
为什么集聚了强大工程师团队的小米“铁大”、特斯拉“擎天柱” ，没能做到像波士顿动力Atlas那样高燃跑酷？
优必选科技人形机器人创新中心负责人付春江告诉智东西，从时间维度看，特斯拉、小米机器人刚开发一年多，在软件运控层面还有很大的提升空间；从技术方案看，特斯拉和小米机器人采用的电机驱动方案， Atlas采用的液压传动方案，驱动器集中性和功率密度不在同一层次。
而技术路线的差异，归根究底是特斯拉、小米研发人形机器人的用途定位和预期功能，与波士顿动力存在本质上的不同，导致成本亦相差很大。
波士顿动力Atlas主打挑战极限的炫技动作，因此选用功率大的液压驱动。其核心原理是通过液体压缩泵产生高压液体，高压强作用于缸体产生巨大推力，带动机器人关节运动。这也是Atlas能做出高难度绝技的秘诀。

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▲液压驱动方式演示（动图截自腾讯视频）
波士顿动力在液压驱动方向一家独大，积累了大量专利。 Atlas有一个非常紧凑的液压驱动装置，重5kg、功率5kW ，里面有电动泵储液罐、电池、过滤器、电子设备和一个冷却系统，凭借28个液压驱动器完成各种爆发力强的杂技动作。

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▲Atlas液压驱动装置
液压驱动方案的缺点是噪音大、易漏液、对污染敏感、对液压元件的精度质量要求高、对维护团队要求高等，导致制造成本居高不下，难以走出实验室、走向商业化。