4月19日，全球首個(gè)人形機(jī)器人半程馬拉松在北京亦莊鳴槍開跑。此次機(jī)器人半馬創(chuàng)新辦賽形式，20支隊(duì)伍挑戰(zhàn)21公里半程馬拉松實(shí)地賽道，奔跑、超越，突破極限，全面展示國產(chǎn)機(jī)器人技術(shù)實(shí)力與無限可能。其中，參賽的人形機(jī)器人“運(yùn)動(dòng)員”們的精彩表現(xiàn)，更是引起了社會各界的廣泛關(guān)注。

本次比賽，是對人形機(jī)器人在真實(shí)環(huán)境中綜合性能的一次系統(tǒng)性檢驗(yàn)。在長達(dá)21公里以上的賽程中，人形機(jī)器人要面對長時(shí)間奔跑、復(fù)雜路況以及可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況等挑戰(zhàn)，這對機(jī)器人的一體化關(guān)節(jié)、本體散熱技術(shù)、運(yùn)控算法的魯棒性以及能源系統(tǒng)的效率等方面都提出了嚴(yán)苛要求。

其中，作為人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的核心單元，一體化關(guān)節(jié)是人形機(jī)器人的“動(dòng)力源泉”，其性能直接決定了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)水平的高低。那么，一體化關(guān)節(jié)如何助力機(jī)器人突破運(yùn)動(dòng)極限？本文將帶你一探究竟。

智能一體化關(guān)節(jié)技術(shù)，突破機(jī)器人運(yùn)動(dòng)極限

作為本次比賽中人氣較高的參賽選手之一，北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心（下文簡稱“創(chuàng)新中心”）的“天工Ultra”用時(shí)2時(shí)40分42秒跑完21.0975公里，奪得全球首個(gè)人形機(jī)器人半程馬拉松冠軍，刷新世界紀(jì)錄，創(chuàng)造人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能發(fā)展的全新標(biāo)桿。其機(jī)器人可自主實(shí)時(shí)調(diào)整奔跑方向和速度，在泛化地形的通過性和運(yùn)動(dòng)控制能力上皆表現(xiàn)出色。

據(jù)悉，“天工Ultra”身高約1.8米，體重約55千克，由去年4月創(chuàng)新中心發(fā)布的全國首個(gè)通用機(jī)器人平臺“天工”迭代進(jìn)化。在賽后展區(qū)，創(chuàng)新中心“天工2.0”也亮相了現(xiàn)場，相較于上一代機(jī)型，“天工2.0”從本體硬件、作業(yè)性能到操作應(yīng)用等多方面都迎來全新升級。

值得注意的是，在硬件上，得益于創(chuàng)新中心的高精度、大扭矩一體化關(guān)節(jié)，其機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能以及復(fù)雜場景的適應(yīng)性都得到了顯著提升。具體來看，創(chuàng)新中心智能一體化關(guān)節(jié)的技術(shù)突破主要體現(xiàn)在三大層面：

首先，小體積與大能量的極限平衡。其關(guān)節(jié)峰值扭矩高達(dá)300Nm，滿足人形機(jī)器人高負(fù)荷作業(yè)需求；通過創(chuàng)新性電磁設(shè)計(jì)，采用0.2mm超薄硅鋼片降低損耗，配合高槽滿率技術(shù)，將扭矩密度提升至行業(yè)領(lǐng)先水平。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，諧波關(guān)節(jié)引入交叉滾子軸承，重量僅為標(biāo)準(zhǔn)品的40%，行星系列關(guān)節(jié)采用精密斜齒（齒輪精度達(dá)5級，傳動(dòng)誤差≤5arcmin），實(shí)現(xiàn)“輕量”與“精準(zhǔn)”的雙重突破。

其次，微米級的控制精度。其關(guān)節(jié)搭載電機(jī)端與減速器輸出端雙絕對式編碼器，角度分辨率高達(dá)23Bit，角位置重復(fù)定位精度達(dá)±0.02°；在控制模式上，支持力位混合、位置、速度、力矩等多模式切換，配合高性能控制算法，可根據(jù)場景動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)策略，無論是精密裝配還是跑步跳躍，機(jī)器人均能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

再有，全鏈路的能效革新。在電源管理層面，其關(guān)節(jié)適用于共直流母線供電架構(gòu)，搭配自研電源管理板，支持母線再生能量反充回電池，提高能量利用率；寬壓輸入設(shè)計(jì)（支持48V系統(tǒng)及200A峰值電流）適配多樣化能源場景，控制器效率最高達(dá)99%；部分型號具有獨(dú)立的風(fēng)扇控制接口，為散熱設(shè)計(jì)提供便利，可降低關(guān)節(jié)溫度，確保長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行不過熱，充分釋放硬件性能。

通信與適配性方面，機(jī)器人支持CAN/CAN FD總線及≥1kHz控制頻率，且所有中空關(guān)節(jié)支持標(biāo)準(zhǔn)線束安裝，有效規(guī)避了“先穿線后焊接”的傳統(tǒng)裝配難題，大幅提升整機(jī)裝配效率、提高可裝配性和可維護(hù)性。

從技術(shù)驗(yàn)證到場景落地，加速產(chǎn)業(yè)化落地進(jìn)程

如今，人工智能與智能制造正深度融合，人形機(jī)器人正從實(shí)驗(yàn)室走向真實(shí)場景，而一體化關(guān)節(jié)作為其運(yùn)動(dòng)執(zhí)行的“心臟”，正以技術(shù)突破與生態(tài)協(xié)同雙輪驅(qū)動(dòng)，加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。這一核心部件的革新，不僅重構(gòu)了機(jī)器人關(guān)節(jié)的技術(shù)架構(gòu)，更為人形機(jī)器人規(guī)?；?/span>商業(yè)落地開辟了關(guān)鍵路徑。

此次參賽亦莊“半馬”，有效驗(yàn)證了創(chuàng)新中心的技術(shù)創(chuàng)新成果。長期穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)能力是人形機(jī)器人走進(jìn)人類生活自主作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)基座，創(chuàng)新中心的智能一體化關(guān)節(jié)技術(shù)，有效解決了高動(dòng)態(tài)性、多自由度人形機(jī)器人執(zhí)行器開發(fā)中面臨的多重挑戰(zhàn)，也為其人形機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)、服務(wù)、特種作業(yè)等大規(guī)模場景落地應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一體化關(guān)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高響應(yīng)速度的運(yùn)動(dòng)控制，使人形機(jī)器人的動(dòng)作更加靈活、自然和精準(zhǔn)。高性能、高可靠性的一體化關(guān)節(jié)可以承載更大的負(fù)載，使人形機(jī)器人能夠完成更復(fù)雜的任務(wù)，滿足工業(yè)及重載應(yīng)用的需求。

其次，一體化關(guān)節(jié)亦是人形機(jī)器人成本最高的部分之一，研制高性能的一體化關(guān)節(jié)是降低人形機(jī)器人制造成本，使其實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。一體化關(guān)節(jié)將多個(gè)零部件集成在一起，減少了零部件的數(shù)量和復(fù)雜性，隨著一體化關(guān)節(jié)的成熟和量產(chǎn)，其生產(chǎn)成本將進(jìn)一步降低，進(jìn)而推動(dòng)人形機(jī)器人整體成本的下降，掌握一體化關(guān)節(jié)核心技術(shù)的企業(yè)也將在市場中更具市場競爭力。

創(chuàng)新中心表示，未來，升級后的“天工”除了擁有極強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力外，還將具備自然交互、任務(wù)精準(zhǔn)規(guī)劃、雙臂協(xié)同靈巧操作、多技能執(zhí)行等能力，廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、物流分揀、特種作業(yè)等多領(lǐng)域執(zhí)行任務(wù)，甚至走進(jìn)家庭。

本次創(chuàng)新中心亦莊“半馬”的亮眼表現(xiàn)，也給行業(yè)傳達(dá)出了一個(gè)積極信號：國產(chǎn)人形機(jī)器人在技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程方面已具備顯著優(yōu)勢，在不久的將來，人形機(jī)器人定能走進(jìn)千家萬戶，為我們的生活創(chuàng)造無限可能。