中国版人形机器人来了！34个自由度，“手眼足脑”超级复杂！
北京时间10月1日，特斯拉举办2022AIDay活动，TeslaBot人形机器人擎天柱（Optimus）原型机在全球精彩首秀。马斯克透露，该机器人产量应该可以达到数百万台，预估最终价格将在2万美元以下，3至5年间即可量产上市。这是擎天柱（Optimus）第一次在无人操作的情况下自主行走，特斯拉没有为这款机器人安装外壳，而是直接将内部构造呈现出来，关节、骨骼、电缆等设备清晰可见。它能灵活地提起水壶浇花、双手搬运物料至目标位置、准确定位周围人员并主动避让。无独有偶，2022年8月11日，小米北京秋季新品发布会上，小米首款全尺寸人形仿生机器人CyberOne也正式亮相。其实早在多年前，骆敏舟就带领技术团队研发出人形双足机器人，取名刑天—中国远古神话传说人物，手使一柄巨斧和盾牌，身强力壮，体型巨大的上古神人。刑天机器人长相酷似变形金刚，极其“吸睛”。不仅拥有类似人类的双足，还有完整的头颅、躯干。1.7m的个子，却有34个自由度。它由20多位研发人员，在短短2-3年时间，自主研发而成。人形双足机器人—刑天人形智能机器人在工业自动化、航空航天和社会服务中将发挥关键作用。人形机器人是一个复杂的光机电系统，具有多个自由度，运动操作更加灵活，非但能模拟人的结构与操作，甚至可以实现很多人类的行为与智能。因此为满足仿人需要，刑天身上采用了仿生机构设计、结构轻量化设计、多传感信息感知与融合、人机交互实时控制和多学科系统集成等关键技术。“它能实现对步伐的大小、快慢及幅度的控制。还具有典型环境和常见物体感知识别能力，能针对复杂地面环境自主规划路线、避障等。”技术团队与刑天机器人刑天主体采用高强度铝合金材料，能够实现轻量化，提高产品功重比，将伺服控制元件、执行元件、多传感检测元件高度集成，减小体积。在极限范围内进行测试，其关节驱动器单手最大抓取质量为5kg，这也是人形机器人必备的功能。要做到高达34个自由度（关节）的人形机器人，机电硬件（主要是电机及其驱动器+减速机）、运动软件算法的突破和迭代必不可少，下面我们展开讲讲刑天的“手-眼-足-脑”一体化关键技术。▍动态平衡控制算法实现双足稳定性行走要保持机器人行走的稳定性，其核心是要有动态稳定性，为了使机器人在动态行走时保持重心的稳定，零力矩点(ZMP)必须落在支撑面内，所以双足机器人进行步态规划时必须要在ZMP理论的前提下，合理地规划踝关节和髋关节。这就要求机器人腿部应具备适当的机械柔顺性，从而有效缓解来自未知高刚度环境(地面、障碍物等)的碰撞冲击，保护机身及其附带电子设备，并有利于提高机器人运动稳定性。技术团队研制的刑天机器人
因此，研发人员将人类的膝盖和其运动过程中所受的力线性化，从而学习如何让机器人膝盖使用更少的力来构建，让其能实现更好的力度控制，并让相关结构紧密包裹在膝盖周围。机器人步行动态稳定运动规划
▍欠驱动多自由度手爪实现自适应抓取机器人手爪的关键在于：安全可靠性、自适应性和更高的智能性。安全可靠性研究确保整个机器人系统工作万无一失，因此，要求其手爪结构和控制系统要简单化。对于服务机器人手爪，需要提高通用性，使得手爪具备适应各种被抓物体形状的能力。而手爪智能化研究可以提高手爪决策的准确性，减少出错的可能性。刑天机器人还拥有仿人形自适应手爪与柔性末端夹持技术。它的“左右手”均为3指结构，每个手指可以旋转并抓握物体，单手最大抓取质量为5kg，采用欠驱动技术与柔性材料，能够自动适应不同类型的工件和不同场景的应用。这一核心科技，使其可以精确抓取和操作常见物体，在各种工业应用中大展身手，形象地说，装了手爪的机器人功能跟人手类似，让它搬砖块还是耍大刀，就完全要看专业认知和技能了，它可以广泛应用于诸如搬移、检测、焊接、贴标、喷涂、组装、锁螺钉等多种工业流程和应用场景。欠驱动多自由度手爪▍多传感器信息融合快速感知环境变化如果说拥有了完整的躯干，还需要什么，那一双“慧眼”在智能机器人时代就显得尤为重要。刑天设计了一种结合双目立体相机与激光扫描仪的环境感知系统，可以实现双目图像的自动配准与分割，并能对图像中指定像素点的三维坐标进行测量，以实现仿人机器人所需的目标检测、识别、定位等功能。这使得其具有典型环境和常见物体感知识别能力，同时可以对行进路线进行自动规划，能够攀爬、自主避障、在崎岖路面行走，适应各种地面环境。针对复杂的工作环境，刑天还可采用人工遥控操作、紧急情况处理等自主管理相结合的半自主控制方式。刑天采用AI智能算法与高速控制芯片，提升嵌入式系统的响应速度，提高了重复定位精度；整体控制周期从10ms缩短至2ms，自主化绝对值磁编码器，有效位数17位。研制基于3D视觉传感器与智能相机的智能抓取策略，实现对杂乱无章的物料进行精准识别，实现机器人准确抓取，并开发出基于深度学习缺陷识别算法，可以说是“脑力担当”。刑天机器人曾在全世界100多个队中，获得参加美国国防部DARPA举办的国际机器人挑战赛（DRC）资格，实现了整个机器人系统有机集成，突破环境识别、自主行走、任意抓取等多项关键技术。▍钻坚研微，百折不挠刑天机器人的后续开发江苏省产业技术研究院智能制造技术研究所（集萃智造）在刑天机器人技术基础上，继续研制液压四足机器人，突破微小型旋转直驱伺服阀、恒转矩高功重比驱动电机、微小型高速高压轴向柱塞泵等核心部件研制的关键技术；开展高频响伺服驱动非线性控制研究，实现刚度补偿与高动态纠偏矫正；研究低液动力结构优化与球副抗磨损工艺，实现高功功率密度驱动系统，解决高功率密度驱动的“卡脖子技术”问题。采用钛合金与有机材料复合3D打印技术，进行耐瞬态高压的仿血管流道设计，实现液压能量的轻量化和集成化分布式传输；显著提高足式机器人的爆发力、负载能力和越障能力。液压四足机器人▍超10万亿市场“大蛋糕”等待分食那么，在“机器换人”的趋势下，人形机器人有着多大市场空间？
根据马斯克在2022年4月的TED演讲，Optimus的单价大约2.5万美元（约16.75万元人民币），有望进入家庭作业、快速配送、工业生产等各种消费级和商业级场景。到2030年，全球约有4亿个工作岗位将被自动化机器人取代，按20%渗透率测算，全球人形机器人市场空间约12-16万亿元。
面对庞大的商业化“蛋糕”，巨头纷纷开始行动，小米也发布了首款全尺寸人形仿生机器人——“CyberOne”，成本约60-80万人民币。国内同样拥有庞大的市场空间。根据IFR和中国电子学会数据，尽管人形机器人处于起步阶段，参照其他电子产品，渗透率超过20%后将爆发式增长。按23-30年CAGR30%测算到2030年，我国人形机器人市场规模约为8700亿元。
人形机器人是一项需要长期投入的复杂技术，在早期商业化程度不高的阶段，想要打造一台人形机器人，就意味着企业要具备一系列核心技术的研发能力，如伺服驱动器、机械传动、运动规划与控制、计算机视觉与感知、智能语音交互、SLAM与导航、人机交互和手眼协调等核心技术。而短短两三年的时间，刑天机器人能够诞生，从工程技术上来说是非常硬核的，尤其是在突破了仿生机构设计、结构轻量化设计、多传感信息感知与融合、人机交互实时控制和多学科系统集成等关键技术方面，能够让人眼前一亮。刑天机器人在复杂环境下多任务作业、自主行走等功能方面处于国际先进水平，可以有效扩展人类的工作能力，是未来关注和发展的重点，我们相信在将来，人形机器人或许会得到数量级的提升。排版|麦子
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十大国产机器人排名(十大先进机器人排行)
在工业机器人赛道，中国虽然市场巨大，潜力巨大，但却处于“外资吃肉，中企喝汤”的窘境。
国产工业机器人困境
中国在工业机器人领域仍然处于垄断地位，这已经不是什么秘密。
日本发那科、安川电机、德国库卡、瑞士ABB实现了全球工业机器人产业的寡头垄断，在中国也占据了70%以上的市场。而中国本土企业，只能在夹缝中生存。
机器人公司赚不了大钱。就连德国库卡2017年的净利润率也只有2.5%，更不用说很多核心零部件和核心技术都受制于人的中国企业了。
中国工业机器人公司的利润大多被上游供应商瓜分，中国公司的产品大多集中在低端领域，只能靠低价竞争。这让很多中国工业机器人企业都难以生存，更不用说投入研发了。
然而，在工业机器人公司中，有一家中国公司格外引人注目。而不是像其他企业一样深陷亏损泥潭，成为中国唯一一家跻身世界前十的机器人企业。
它是埃斯顿机器人。
9个月吸金74亿
根据埃斯顿10月29日发布的财报，公司今年第三季度营收增至7.4亿元，归属于母公司的净利润也达到2495.38万元。
今年前三季度，埃斯顿营收和归母净利润分别为23.02亿元和8784.62万元。这个成绩无疑是非常亮眼的，良好的业绩让我们有了额外的力量去搞研发，从而提升我们的竞争力，打破日本、德国等国家的垄断。
埃斯顿发展优势
笔者认为，埃斯顿之所以有如此辉煌的表现，原因有三。
第一，核心部件高度独立。
机器人企业不赚钱的很大一部分原因是核心零部件不独立，导致成本高。
在机器人“四大家族”中，发那科的净利润率最高，在核心零部件上实现了自给自足。但埃斯顿跟发那科走的是同样的全产业链布局的生产模式。
据了解，核心零部件自给率已达80%。这种全产业链的布局，使得埃斯顿能够实现更好的成本控制，形成独特的竞争优势。
第二，两大核心业务齐头并进。
埃斯顿有两大核心业务，即自动化核心部件及运动控制系统、工业机器人和智能制造系统。2020年，两大业务对公司总营收的贡献分别为33%和66%。
两大核心业务齐头并进，使得埃斯顿形成协同效应，进而延伸规模效应。在规模效应的驱动下，埃斯顿机器人的生产成本可以进一步降低。
第三，一般细分市场发展路线。
埃斯顿在发展通用产品的同时，也在不断培育细分市场，为埃斯顿的业绩增长带来了新的动力。现在，在折弯、光伏、压铸等细分市场，埃斯顿都达到了行业领先地位，成绩斐然。
各种手段并行，埃斯顿在工业机器人赛道上大踏步前进，将中国工业机器人带上世界赛道。
写在最后
如今，中国正处于传统工业向智能化、数字化的现代工业转型时期。在工业机器人市场，未来中国会有巨大的需求。
换句话说，在未来，埃斯顿在这个赛道有很大的发展潜力。随着埃斯顿竞争力的不断提升和国内替代趋势的推动，埃斯顿的未来发展值得期待。
也希望在接下来的日子里，埃斯顿能大踏步前进，再次取得好成绩。
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