技术突破的确是人形机器人量产的关键,这主要体现在硬件、软件以及关键零部件等多个层面,以下为具体分析:
硬件层面
行星滚柱丝杠:制造难度大、壁垒高,产能主要集中于欧洲、美国等,国内市场依赖进口,价格昂贵,国内行星滚柱丝杠厂商市场份额占比仅为19%。
谐波减速器:
柔轮易疲劳断裂:柔轮是谐波减速器的关键部件之一,负责传递运动和力矩,一旦发生疲劳断裂,柔轮内壁和柔性轴承外圈出现磨损后,使得润滑效果下降、摩擦系数变大、温度升高,谐波减速器失效。
传动速比受限:无法满足人形机器人高精度定位、快速响应等需求,谐波减速器的传动速比通常在30:1~320:1之间,不能用于传动速比小于30的场合,将会限制人形机器人在高精度定位、快速响应等方面的表现,导致运动精度下降、响应速度变慢。
无框力矩电机:温升控制困难,电机绕组的电阻增加,增加电机内部的铜损和铁损,降低整体效率,影响整机能效和使用寿命。
灵巧手:
行星减速器存在局限性:单级传动比范围小,使人形机器人的灵巧手负载能力有限。
集成度低、触觉感知不灵敏、散热难:长期制约机器人精细化操作。
传感器:视觉传感器易受环境因素干扰,计算资源需求高;增量式编码器对累积误差比较敏感。
软件层面
数据采集:机器人的软件可以分为大脑与小脑。目前大小脑发展不均衡,相较于智能“大脑”的智力快速提升,人形机器人的小脑即运动控制,发展停留在初期,主要制约因素之一是数据采集方法局限性大,影响人形机器人的学习和适应能力。
算法模型:精细操作中不同任务对应不同的奖励函数,无法设置统一的奖励函数进行强化学习,因此目前尚未有统一的底层算法。对于每一个具体的精细动作任务,都需要单独开发和调校相应的算法模型,导致不同组件或子系统之间的兼容性和互操作性较差,影响人形机器人整体性能和效率。
关键零部件层面
核心部件国产化率不足:进口替代进度影响产能。
成本压力:特斯拉Optimus当前2~3万美元的定价仍高于多数家庭承受能力,需通过规模化生产继续实现成本大规模下降。
导航避障与运动控制层面
导航与感知:需要实现厘米级空间定位,以应对复杂环境感知与运动控制难题。
腿部行走算法稳定性:难以保证,学术界未出现真正意义上的类人走行算法。
双臂协同、混合智能操控和避让等算法难度大:需要高维度的规划。
全身控制算法难度大:涉及到复合剂的技术。