擁有完備機器人產(chǎn)業(yè)鏈的廣州，也在人形機器人領(lǐng)域發(fā)力。8月6日，廣州企業(yè)發(fā)布一款雙臂載荷達40kg的全尺寸人形機器人“里工D1”，這是國內(nèi)首個由協(xié)作機器人廠商制造的全尺寸人形機器人，其雙臂載荷相較目前人形機器人普遍2~5kg的載荷能力有較大突破。功能強大的人形機器人背后有哪些科技奧秘，記者采訪了相關(guān)企業(yè)和科學家。
工業(yè)應(yīng)用：
國內(nèi)外都處在飛奔狀態(tài)
“人形機器人行業(yè)，國內(nèi)外都處在‘飛奔’的狀態(tài)。”剛剛從北京世界機器人大會參會回來的廣州里工實業(yè)有限公司CEO李衛(wèi)銃向記者介紹，到2030年，預(yù)計將有110萬臺人形機器人有機會進入到全球工業(yè)場景的應(yīng)用，“工業(yè)場景有獨特性，它相對收斂，比較容易預(yù)知行為和結(jié)果，建立一套垂直AI模型后，人形機器人的應(yīng)用就會比較安全和方便，同時，我們對機器人改造的成本也比較低。”
送機器人進廠打工成趨勢
目前，國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域人形機器人的頭部玩家已經(jīng)邁出了“送機器人進廠打工”的步伐。
在廣州，廣汽集團目前正在探索人形機器人的未來應(yīng)用場景，公司表示，人形機器人對車企的降本增效有待驗證。小鵬汽車相關(guān)負責人告訴記者，公司目前是全國首個、全球唯二，同時自主研發(fā)AI汽車和AI機器人的車企。小鵬全新人形機器人將于2024年小鵬汽車“1024科技日”亮相。公司表示，該機器人擁有全新科幻造型；集成AI大模型、具備思考能力、動作擬人；同時擁有全球領(lǐng)先靈巧手，相比上一代自由度（關(guān)節(jié)）更多，具有觸覺能力，可完成精細操作。
這次世界機器人大會上，我國生產(chǎn)的D11系列人形機器人已可以根據(jù)應(yīng)用場景不同，衍生出“力量型”和“靈巧型”不同的產(chǎn)品，目前已在長虹電視生產(chǎn)車間測試應(yīng)用，承擔著零件分揀、重物搬運等工作。
7月1日，我國人形機器人企業(yè)優(yōu)必選北京與一汽大眾達成合作，雙方將在一汽大眾位于青島的國家級智能制造示范工廠探索人形機器人在工業(yè)場景的深度應(yīng)用，打造高智能化和柔性化的生產(chǎn)線及汽車無人工廠。
此次合作中，一汽大眾將向優(yōu)必選開放其位于青島的“國家級智能制造示范工廠”生產(chǎn)線應(yīng)用場景，引入工業(yè)版人形機器人Walker S開展汽車制造過程中的螺栓擰緊、零件安裝、零件轉(zhuǎn)運等工作。據(jù)悉，Walker S今年已入駐蔚來、極氪等多家車企智慧工廠“打工”。
明年一季度有望交首批貨
“在汽車工業(yè)十分發(fā)達的廣州，人形機器人的應(yīng)用場景是非常廣泛的。”李衛(wèi)銃告訴記者，公司發(fā)布“里工D1”后第二天，就有企業(yè)前來詢價，并希望快速購買到，“這家企業(yè)需要工人不斷搬運30kg左右的商品，這對于工人來說苦不堪言，而我們可實現(xiàn)40kg負重的產(chǎn)品，正好可以幫助工人解決這個難題。”李衛(wèi)銃介紹，公司有望于明年一季度交出第一批人形機器人商品，“目前我們已經(jīng)有2個訂單在手，2025年計劃是40個。”
談到人形機器人在工業(yè)場景的應(yīng)用，廣東省科學院智能制造研究所機器人技術(shù)團隊的吳鴻敏博士表示，人形機器人與傳統(tǒng)機器人相比更加靈巧，可以滿足多樣化場景的生產(chǎn)需要，在電子、汽車、家電企業(yè)都有廣泛的應(yīng)用前景，此外，人形機器人還比較適合在有毒有害的工業(yè)環(huán)境中代替人類完成任務(wù)。
廣州優(yōu)勢：
軟件領(lǐng)域強應(yīng)用場景廣
·核心算法研究關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)能力強
·智能化工廠提供了廣泛的應(yīng)用前景
·本地企業(yè)伺服控制系統(tǒng)、電機制造水平高
吳鴻敏參與機器人研究已有10多年，一直以來從事機器人技能學習和柔順控制方面研究，研究愿景是機器人能像人類一樣完成各項復(fù)雜任務(wù)。在吳鴻敏看來，發(fā)展人形機器人，廣州比較有優(yōu)勢之處是核心算法研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)能力較強，“廣州擁有廣東省超80%的科研院所，以及廣州數(shù)控、廣州里工實業(yè)等一批機器人本體研發(fā)企業(yè)，此外還有多個與人工智能緊密相關(guān)的國家、省部級重點實驗室，可以為人形機器人系統(tǒng)研發(fā)提供非常好的技術(shù)支撐。”
此外，龐大的制造業(yè)，特別是汽車、家電制造業(yè)的智能化工廠，也為人形機器人的發(fā)展帶來了廣泛的應(yīng)用前景，人形機器人可以在這些場景中不斷推陳出新，完善各項功能。
吳鴻敏表示，機器人的三大核心零部件是精密減速器、伺服系統(tǒng)、智能控制器。經(jīng)過多年來的發(fā)展，國產(chǎn)的核心零部件水平已經(jīng)逐漸實現(xiàn)與國際先進水平“并跑”，但在精密性上，仍有一定差距。廣州本地的機器人零部件生產(chǎn)企業(yè)中，伺服控制系統(tǒng)、電機的制造水平比較高，但未來仍應(yīng)吸引更多頭部企業(yè)來穗設(shè)廠，進一步做強機器人產(chǎn)業(yè)鏈。
據(jù)悉，廣州機器人產(chǎn)業(yè)已形成了涵蓋上游減速器、控制器、伺服電機等關(guān)鍵零部件，中游機器人本體，下游系統(tǒng)集成的機器人產(chǎn)業(yè)鏈。2023年，廣州市智能裝備與機器人實現(xiàn)增加值為532.67億元，同比增長3.4%，工業(yè)機器人產(chǎn)量近1.5萬套，同比增長47%，逐步培育形成了具有區(qū)域特色的涵蓋上游減速器等關(guān)鍵零部件，中游智能專用設(shè)備、智能機器人、增材制造設(shè)備，下游細分領(lǐng)域智能成套裝備的智能裝備與機器人產(chǎn)業(yè)鏈。
家庭場景：
洗碗做飯已有實踐
相較于進入工業(yè)場景，人形機器人來到家庭為人服務(wù)，或許更令人興奮。李衛(wèi)銃告訴記者，他預(yù)計到2030年左右，全球?qū)⒂?0萬臺人形機器人進入家庭。
世界機器人大會上，我國機器人企業(yè)優(yōu)理奇的展臺上，人形機器人Wanda正在制作漢堡包，工作人員介紹，這款機器人作為家庭服務(wù)機器人，可以自動識別你亂扔在家里各個角落的衣服，自動撿起并拿去洗衣機洗，還能在你吃完飯后給你收盤子、洗碗，還能清潔地板。據(jù)公司介紹，該人形機器人通過自研世界首款觸覺大模型UniTouch、中樞平臺、靈活類人的仿生手臂及核心部件、泛化的運動基元等，正實現(xiàn)不少復(fù)雜的功能?；谟|覺大模型驅(qū)動和柔性夾手，Wanda可以夾起豆腐，為人類打下手。
“人形機器人確實可以幫助我們應(yīng)對老齡化社會的挑戰(zhàn)，但關(guān)鍵還要看這個機器人到底會多少，其工作的精度和效率有多高，如果它能把家里照顧得井井有條，幾十萬元也會有人買，但如果只能掃地拖地，那大家肯定還是愿意使用物美價廉的掃地機器人。”吳鴻敏告訴記者。
麥克風收音+AI翻譯
機器人的正面和背部都配有麥克風陣列收音，通過視聽多模態(tài)確權(quán)，機器人就能屏蔽其他人的聲音，只關(guān)注對話的人。AI模塊能夠把對話翻譯為它要工作的內(nèi)容。
視覺傳感器做判斷
機器人頭部通常放有視覺傳感器，位置較高。以“里工D1”為例，在面對人類講話時，它的視覺傳感器會觀察“是誰的嘴巴在朝著它動”，然后把頭和軀干扭過去。
“午休”充電可干8小時
人形機器人的軀干部分主要安裝了能量模塊和判斷決策模塊。軀干的長續(xù)航電池為電機提供動力。以“里工D1”為例，其電池續(xù)航時間可達4小時。只要午休充電，機器人就基本可以與人類工友協(xié)同工作8小時。
高算力芯片聽懂人話
判斷決策系統(tǒng)主要包括高算力芯片等計算機核心部件，在AI大模型的幫助下，該模塊可利用相關(guān)算法“讀懂”人類命令，生成指令，控制電機用電，從而驅(qū)動機器人完成各項任務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)模塊云端通信
機器人軀干部位還有網(wǎng)絡(luò)模塊，方便機器人通過Wi-Fi和5G實現(xiàn)云與端通信。后續(xù)，機器人通過這些網(wǎng)絡(luò)模塊可以完成系統(tǒng)升級和補丁修復(fù)。
軀干視覺傳感器專盯地面
軀干下半部位有一個專盯雙腳的視覺傳感器，負責監(jiān)控地面情況。傳感器會傳遞相關(guān)信號，讓AI判斷地面是否平整。
“靈巧手”：核心部分不可替代
“靈巧手”是目前最像人手的機械手，在機器人技術(shù)眾多賽道中，“靈巧手”被稱為機器人的“最后的一厘米”。作為具身機器人與環(huán)境交互的末端執(zhí)行器，“靈巧手”是深度仿生、柔性感知、微機電系統(tǒng)、高性能材料等前沿技術(shù)交叉融合的集大成者，是實現(xiàn)智能機器人技術(shù)變革躍遷的關(guān)鍵突破口。而“里工D1”的一只“靈巧手”共有17個關(guān)節(jié)，其中手掌上的關(guān)節(jié)就有13個。
“靈巧手”要實現(xiàn)真正的靈巧，就需要精密減速器、高精度傳感器等精密儀器的控制約束，“放到工業(yè)場景來講，我們要求機器人要達到±0.03毫米的關(guān)節(jié)重復(fù)定位精度，這也是我們生產(chǎn)人形機器人的標準要求。”李衛(wèi)銃介紹，“里工D1”和其他人形機器人最大的不同是，一雙“靈巧手”可以負重40kg重物，從而可以減少工人干臟活、累活的時長和概率。
吳鴻敏告訴記者，“靈巧手”是人形機器人身上最核心關(guān)鍵的部位，“在手指微小的空間里，需要安裝高靈敏度的傳感器、精密減速器、電機、關(guān)節(jié)等，再配合算法，‘靈巧手’才能完成人類雙手所能完成的工作，這也是所有人形機器人企業(yè)都在著力突破的難點，沒有‘靈巧手’的操作，很多任務(wù)是做不了的，它需要收集觸覺信息，同時完成多手指的協(xié)同操作，才能完成很精巧的任務(wù)。將來，人形機器人不一定會完全以人形出現(xiàn)，比如會是一個輪子代替雙腿，但‘靈巧手’卻是不可替代的。”
雷達+觸覺傳感器避障
頭部的視覺傳感器配合軀干的激光雷達等設(shè)備，方便機器人觀察周圍的環(huán)境，通過人工智能方法實現(xiàn)提前避障。機器人全身幾乎布滿觸覺傳感器，“讓機器人在接觸到外力時會自動停下，以免發(fā)生危險。”李衛(wèi)銃說。
關(guān)節(jié)普遍有48~52個
人形機器人要實現(xiàn)各種動作，自然離不開全身關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。目前，人形機器人身上的關(guān)節(jié)普遍有48~52個，由電機驅(qū)動。關(guān)節(jié)最多的地方是雙手，行內(nèi)稱之為“靈巧手”，共有17個關(guān)節(jié)，其中手掌上的關(guān)節(jié)就有13個。
除了使用電機驅(qū)動關(guān)節(jié)，美國也有使用液壓系統(tǒng)來驅(qū)動，讓機器人的動作更流暢和類人。不過，李衛(wèi)銃表示，這種設(shè)計成本高昂，通常一臺液壓人形機器人的成本會超過100萬美元，也容易出現(xiàn)液體泄漏的問題，因此很難商業(yè)化落地。
陀螺儀保持行走平衡
“里工D1”的雙腿和人體一樣擁有髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)等，“即使摔倒，我們也可以通過控制系統(tǒng)、電機、關(guān)節(jié)，讓它重新站起來。”李衛(wèi)銃說。此外，機器人的每只腳上還有一個六軸陀螺儀，用以判斷腳的姿態(tài)。一旦它踩到障礙物或者地面不平時，系統(tǒng)就會收到信息，指示機器人繞行。
