电子发烧友App
特斯拉财报电话会议上，马斯克透露并确认了人形机器人的多项细节，执行器正式被马斯克确定为人形机器人关键零部件。
其表示，目前，特斯拉已制作了大约10个Optimus机器人。但由于Optimus连执行器都需要重新设计和定制，这一部件正成为限制特斯拉产能提升的巨大挑战。
马斯克预计，可能要到今年11月份特斯拉才有可能解决这项难题，但采用新部件后，将快速进行行走测试，计划明年在特斯拉工厂进行实用性测试。
为什么享誉全球的特斯拉会困于小小的执行器零部件?特斯拉人形机器人确定未来采用执行器这种全新的零部件，是否会带来全新的产业链风口?
01 仿生设计带来的改变
特斯拉的人形机器人中共有28个运动关节，包括三种旋转执行器和三种线性执行器。分布于肩髋等需要大角度旋转关节所采用的主要是旋转执行器，而线性执行器主要分布于膝肘等摆动角度不大的单自由度关节，以及腕踝两个双自由度但是体积紧凑的关节。
有研究指出，特斯拉人形机器人之所以采取这两种执行器部件，是因为运动执行器具有很高的扭矩密度和推力密度，这是机器人领域一种典型的“以小制大”技术，从而能够让机器人具有更轻的体重和一定的负载作业能力。
而不同部位采取不同执行器则是特斯拉考虑到实际应用场景来设计决定的。
这背后代表了一种全新仿生学的设计思路，也导致特斯拉很难通过传统的工业品零部件开发流程来完成。
例如特斯拉人形机器人想要在家庭等场景中有着高动态响应能力以及长续航，那么整体采用电驱方式似乎就成了必然。
因为一个能续航数小时的人形机器人，必然需要把能量利用率、损耗率放在了更靠前的位置。而电驱+模仿生物肌肉运动传动，恰恰是目前世界上已经被证明最具优势的方式。
而如果仔细观察特斯拉机器人的行走运动方式能发现，其主要是由分布于大腿的线性执行器带动膝关节运动，末端的结构普遍较为纤细、轻便。
这背后，腿部的线性执行器就充当了至关重要的角色。因为线性执行器可以通过丝杠机构将电机的旋转运动转化成直线运动，进而实现对机械装置的直线位移。
直线式驱动的反向驱动力最大，其能用较小的扭矩或力量让形体保持在一个位置上，从而拥有稳定负荷量以及较低的耗能，类似肌肉运动可以长时间稳定保持某一个状态。
这种仿生学的设计，一方面减轻了肢体末端的重量，另一方面将整体重心前移，让其移动的重心更靠近躯干位置，能够大幅提升肢体的灵活性，也进一步减少了综合能耗比例。
特斯拉不是最早发现这种线性执行器方案优势并加以尝试利用的企业。
早在2019年，国产机器人核心零部件企业-因时机器人推出的一款仿人五指灵巧手，采用的其实就是线性执行器加刚性连杆结构方案。
这款仿人五指灵巧手具有6个自由度和12个运动关节，亚毫米级定位精度和数千克的负载能力，可以模拟人手实现精准的抓取操作。
而实现这些的秘诀就在其内部集成的6个微型伺服电缸上，这种采用驱控一体化设计的微型伺服电缸体积非常小，但功率密度很高，精度更是可达±0.02mm。通过内置力传感器，灵巧手还兼具可靠性和控制柔性。
特斯拉的执行器如果拆分开，内部其实也是由多种零部件组成，按照功能原理与价值量，主要由传动装置、驱动装置、感知装置、控制装置等“四大主材”以及制动器与轴承等“辅材”组成。
而因时机器人所代表的微型伺服电缸技术，与特斯拉线性执行器所采取的技术路线非常相似，也是一种集成了伺服电机、减速器、丝杠、传感器和驱动器的一体化运动单元，具有精度高和负载大的技术特点。
此前就有消息认为，因时机器人凭借着对微型伺服电缸相关技术高度的理解、完善的系统集成度和丰富的拓展能力，未来有望成为人形机器人量产的核心供应商之一。
因为微型伺服电缸本质上同样就是一种线性执行器，这与特斯拉的执行器理念不谋而合。
以线性执行器作为核心零部件的灵巧手，在多个实验室被证明具有非常显著的低功耗、高精准度、高稳定性特征，是目前全球为数不多能够做到类似性能的产品。并且因时机器人由于大部分零部件都是自主研制生产，灵巧手的成本也大幅降低。
当然，如果以因时机器人目前的产品作为成功案例来看，同样证明了特斯拉所采取的执行器方案技术路线，有望真正在形体布置上实现零部件体积、重量和功率的均衡，提升肢体灵活性，动作复用性，完成功能性的拓展。
而这也恰好意味着，以线性执行器为核心制造的微型伺服电缸，极有可能成为下一个机器人零部件风口。
02 寻找突破瓶颈的方式
机器人大讲堂了解到，当前特斯拉所遇到的执行器量产难题，非常有可能集中在行星滚柱丝杠这个细分部件上。这与几年前因时机器人研发微型伺服电缸所遇到的瓶颈非常类似。
据因时机器人CTO介绍，2016年因时机器人就开始了微型电缸所需关键技术的基础研发。2018年为了开发出具备全球竞争力的伺服电缸产品，因时机器人将目光就对准了微型行星滚柱丝杠技术，并投入重大资源进行技术攻关。
因为行星滚柱丝杠具有非常典型的优势：效率高、承载能力和刚性优越、可靠且寿命较长，这就能在线性执行器中发挥出更好的作用。
但行星滚柱丝杠的开发对于生产设备要求非常高，而且制造工艺难度大，原先多用于军事、航空领域，市场门槛高，批量化程度低，所以全球开发者较少，成本也一直居高不下。
在当时，全球仅欧洲、美国部分公司能够生产行星滚柱丝杠，定制化价格非常高，这也使单台微型伺服电缸光成本达到了数万元，很难满足批量化和成本控制要求。
在考察了全球市场后，因时机器人预判，在全球设备走向小型智能化趋势下，未来机器人、汽车、半导体或者医疗行业都会对这种体积小、精度高、功率密度大的全新产品有着很高的需求。
基于此趋势，因时机器人在成立初期就投入巨大的成本，购买各类生产加工设备，从零部件层面开始自主生产和研发更具潜力的微型伺服电缸。期间，开发了以行星滚柱丝杠为代表的丝杠传动技术、微型减速技术、力位传感技术和伺服控制技术。
事实证明，因时机器人的决策非常具有前瞻性。
通过多年的工艺创新和设计优化，产品定义、部件整合、设计重构、计算集成，因时机器人的技术逐步成熟，完成了微型伺服电缸从设计、工艺、生产、装配等各环节的全面打通，并且实现了批量生产。
据悉，因时机器人目前已经能够将无刷电机、行星减速机、行星滚柱丝杠、绝对位置检测传感器、力传感器和驱动控制电路，高度集成为完整的模组解决方案，全面适应伺服控制系统的多样化易用性发展方向。
同时，模组方案易于安装维护及替换，可进一步满足客户快速开发、方便实用和易于更换的要求。
作为全球为数不多攻克了微型行星滚柱丝杠量产技术的企业，因时机器人已经能够实现螺母直径10mm以内的微型行星滚柱丝杠量产，并将这项技术应用到了灵巧手的驱动设计中。
行星滚柱丝杠相较于其他类型丝杠产品功率密度更高，在综合驱动效率上是传统丝杠方案的3倍左右，因此使得灵巧手的手指抓握力也有着巨大的提升。小尺寸行星滚柱丝杠的出现可以说既保证了微型伺服电缸更小的体积，同时实现了更大的推拉力。
当前，因时机器人计划通过更大范围量产化进一步降低生产成本，巩固产品的全球竞争力。
基于准确的产品定位和多年来的客户积累，因时机器人已经在微型伺服电缸系列产品上形成成熟体系，产品广泛应用于高精密医疗器械、工业自动化等领域，满足了不同类型客户的垂直需求。因时机器人也一直在捕捉市场变化，未来将能够不断开发更具适应性的新产品，满足更多客户需求。
03 更远的未来
因时机器人相信，通过大量的研发投入，特斯拉的人形机器人开发必然会不断加速。正向设计会带来远超标准模块的强大产品能力和自由度，让特斯拉人形机器人更容易突破器件的性能限制，在功能性和成本上远超从前。
因时机器人CTO也对机器人大讲堂透露，基于多年的技术储备，因时机器人目前已经在积极布局更大适用范围的伺服电缸，未来将不断开发出具备市场竞争力的新产品。
微型伺服电缸作为全新的机器人核心零部件，已经被证明能够帮助有精密控制需求但是受限于设备尺寸的企业达成自动化改造，另外该产品在医疗、航空航天等领域也有广泛应用，可以说跨行业应用面广，横向延展能力非常强，该产品及相关产业链的市场价值或许值得更进一步研究。
编辑：黄飞
工商网监
评论