人形机器人黑科技解密：后空翻、动手指都靠它( 三 ) 智东西（公众号：zhidxcom）作者

因此，优必选科技Walker、小米“铁大”、特斯拉“擎天柱”等人形机器人，都选用了稳定性、性价比更高的电机驱动方案，更加注重实用性。
在电机驱动方案中，伺服驱动器将位置、速度、扭矩告诉伺服电机，伺服电机将接收到的电压信号转换为扭矩、转速，减速器可以增加扭矩，优化低速运动的平稳性。
虽然扭矩密度远低于液压驱动，但电机驱动可以通过搭配减速器来加以补足，其现有技术已能满足机器人的多数运动需求，同时拥有能量转化效率、易维护、低成本、零件规整等优势。
据一位机器人行业的资深产品经理透露，这一驱动方式通过位置、速度、力矩来实现对机器人的闭环控制，使精度更高。在机器人系统中，伺服电机能做到“说停就停、说走就走” ，让执行系统能够“绝对服从”控制系统的命令。
因用途不同，用在不同机器人“关节”位置的驱动器，在物理指标、执行任务强度和功率方面均不相同。为了找出最优的驱动器方案，科技公司多选择定制驱动器的路线。
例如，小米“铁大”全身有5种关节驱动器，行走时速能够达到3.6km/h 。其上肢关节能够灵活运动，得益于小米为其研发的一个重量为500克、额定输出扭矩高达30N·m的高效电机。
特斯拉研究人员利用算法为“擎天柱”定制出6款最优的驱动器，包含3种线性驱动器（采用永磁电机）和3种旋转驱动器（采用谐波减速器），以满足不同关节的效率需求并兼顾成本。

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▲特斯拉人形机器人的6种驱动器
其中，线性驱动器用于推拉，比如让机器人手臂向前或向后伸展；旋转驱动器用于转动动作，有直流电机、伺服电机、步进电机等常见类型。这些驱动器能驱动完成不同角度的动作。基于这些设计， “擎天柱”的手腕、脚掌都能灵活转动。

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▲特斯拉人形机器人擎天柱受人体膝关节启发设计的驱动器
从精简成6款驱动器可以看出，特斯拉奔向“大规模量产”、2万美元成本目标的设计思路非常明确，通过实现更多硬件重复可替代，压低总体成本，并让所有的驱动器都能高效工作。
在设计过程中，特斯拉结合收集到的真实世界数据，在虚拟空间中做机器人走路、转身模拟，用人工智能算法反复测算扭矩、速度等数据，分析出能够更好兼顾质量、效率、能耗、成本平衡的最佳驱动器设计。

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▲特斯拉人形机器人擎天柱走路模拟
在承重能力上，特斯拉研发的腿部线性驱动器，通过集成伺服电机、减速器、丝杠、传感器、一体化运动单元等零部件，做到了精准的速度控制、位置控制和力控制，在极限测试中能提起一架500kg重的钢琴。

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▲特斯拉AIDay上腿部线性驱动器提起钢琴
除此之外，特斯拉“擎天柱”还有一大看点——设计出与人手非常相似的机械手。
“擎天柱”的每只手拥有11个精细的自由度，结合控制软件，能完成像人手般复杂灵巧的操作，并能承担大约9公斤的负重。驱动器通过齿轮驱动一根金属线来控制手指弯曲，并集成了感应器和锁定装置，以更加节省能耗。