人形机器人黑科技解密：后空翻、动手指都靠它( 四 ) 智东西（公众号：zhidxcom）作者

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▲特斯拉“擎天柱”的手部设计
相比之下，很多人形机器人的手部设计都较为简单，例如Atlas的手像个浴霸， “铁大”的手没有手指。它们能开门、能抓握，但碰到像“穿针”这样的精细活儿，就会一筹莫展。

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▲图左为小米铁大的手部，图右为Atlas的手部
为了保护包括驱动器在内的核心组件避免因碰撞等突发情况造成损坏，特斯拉工程师借鉴了以往在车辆安全测试上获得的技术跟经验，用软件模拟机器人摔倒等状况，通过调整机体，把伤害控制在表面。
在供电上，波士顿动力Atlas与特斯拉“擎天柱”的差别也很显著。 Atlas的3.7kWh电池组只能撑起大约1小时的活动，特斯拉则声称“擎天柱”的2.3kWh电池能供应其一整天工作所需的电量。
三、50年演进3大路线，人工肌肉或成未来主要研究
回溯发展历程，人形机器人驱动器的技术演进经历了3个阶段：传统刚性驱动器、弹性驱动器、准直驱驱动器。
早先从1983年日本早稻田大学研发出WL-10R机器人起，传统刚性驱动器被广泛用到人形机器人中。这种驱动器的最大输出功率密度只能达到200~300W/kg ，与生物肌肉500W/kg的功能密度相差较远，因此在人形机器人上的应用受限。
弹性驱动器、准直驱驱动器均由麻省理工学院提出。弹性驱动器SEA最早提出于1995年，通过模拟具有弹性的肌肉系统，让关节的动作变得更加流畅。但因其弹性体的控制难度较高，该驱动器难以做到精准控制机器人的动作。
近年趋热的准直驱驱动器是在2016年提出。准直驱驱动器依靠驱动器电机开环力控，不依赖于附加力或力矩传感器，就可以本体感知机器人脚部和外界的交互力，也被称为本体驱动器。

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▲人形机器人驱动器发展历程（图源：《双足仿人机器人驱动器——演进、现状与前景》）
从具体构成来看，传统刚性驱动器由电机、高传动比减速器、刚性力矩传感器、输出端组成，其中刚性力矩传感器是可选择项；弹性驱动器则在高传动比减速器与输出端之间加了弹性体，用位置传感器检测弹性体的形变，可以推断出力矩的大小；而准直驱驱动器改成了高力矩密度电机+低传动比减速器的组合，通过电机的电流大小间接推断出输出力矩的大小。
更理想的方案是电机直接驱动，但由于现有电机技术的限制，电机直接驱动的扭矩密度达不到机器人关节应用的需求，因此，辅以减速器是一个折中方案。
同时，要求负载质量和转动惯量尽可能的小，可以实现高带宽力控和良好的抗冲击能力，满足人形机器人对小尺寸关节的需求。
未来，结合5G、人工智能、云计算等技术，驱动器还有望在云上实现相互通信，检测和监控驱动器的实时状态。
“人形机器人驱动器经历了由刚性驱动器向弹性驱动器和准直驱驱动器的技术演进。弹性驱动器和机器人整体优化，甚至人工肌肉研究都是未来发展方向。 ”付春江谈道，仿生机构都远没有达到人类骨骼肌肉系统的能力，机构的主动件驱动器也没有达到人类肌肉的水准，因此这一方向未来还有很大的发展空间。
在科技巨头带动下，驱动器的发展前景，正让相关国产厂商受到更多资本的关注。
四、日企占中国伺服驱动市场大头，国产玩家正迎头赶上
根据StratisticsMarketResearchConsulting的预测，全球人形机器人市场规模在2021年约为15亿美元，到2028年或将涨至264亿美元。其中北美地区占据全球主要份额，日本、中国将是制造重地。