ROBOT INDUSTRY
在今年的众多机器人展会上，一台频频做一字马和压腿动作的人形机器人吸引了不少观众的目光。这台机器人名为“天链人形机器人T1”，来自四川天链机器人股份有限公司（以下简称“天链机器人”）。T1身高160cm，体重（含电池）43kg，全身具有71个自由度，单腿负重深蹲65kg、双腿负重深蹲可达145kg。
“T1高度模拟人体骨骼结构，在活动范围层面有高度拟人的形态设计。”天链机器人市场部经理范毅文热情地在展会现场介绍道，天链人形机器人T1之所以能做出柔韧的一字马等动作，得益于其关节活动范围大。
据悉，T1髋关节具备-25°～142°的活动范围，膝部关节具备-10°～155°的活动范围，关节角速度达到720°/s，部分关节可达到900°/s。除了极高的柔韧性，T1还表现出优异的负重深蹲能力，关节最大扭矩达到450Nm，瞬间极限指标可以达到562Nm，可在9kg左右的单腿重量内实现1162Nm的单腿最大扭矩输出总和。
这些数据在人形机器人业内堪称优秀。那么，天链机器人是如何打造出刚柔并济的天链人形机器人T1的呢？
图1 天链人形机器人T1
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核心零部件专家
2012年成立之初，天链机器人成功研制谐波减速机、无框力矩电机、驱动器、编码器、机器人控制器，以及机器视觉等核心产品和技术。为使中国的机器人性能在国际市场领先，天链机器人首先将目光放在了核心零部件——谐波减速机上，决定首先解决国产谐波减速机寿命短、耐磨性差的问题。
柔轮作为谐波减速机寿命最薄弱的零件，是影响减速机精度寿命的最大因素之一。天链机器人采用特殊军工材料和热处理技术，解决了柔轮脆裂的问题。为了提高耐磨性，研发团队在PVD传统镀膜技术的基础上，自主研发材料，采用低温工艺，使工件生成纳米级的强化镀层，该镀层可抗金属黏着烧结。耐磨技术实施之后，轴承磨损大幅降低，有效解决谐波减速机噪音、抖动、共振等问题，提高了谐波减速机的精度寿命。这些核心材料技术，让减速机在耐磨、抗疲劳寿命这两方面得到极大的提升。
当前，天链机器人自研的谐波减速机已基本覆盖所有工业机器人的品类。不只是谐波减速机，天链机器人创造出一整条全自研生产线，包括特种机床、特种刀具和PVD镀膜设备等各类专业生产设备及加工附件，方便根据不同的使用需求和环境，调整和改进产线，同时避免对外部厂家的依赖，保证核心齿形技术不外泄。全自研生产线帮助机器人核心零部件降低成本，如减速机中的交叉滚子轴承成本降低50%，编码器磁环成本降低70%左右。
据悉，天链机器人后续会考虑以量取胜，加快人形机器人应用场景落地。不过，短期内人形机器人的落地，还是以理论领域的居多。
图2 天链机器人参加CNTE 2024北京国防信息化装备展
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精益求精的电动一体化关节
T1灵活拟人的动作姿态，主要源于天链机器人在核心零部件领域的技术积累。为将核心零部件应用到人形机器人上，天链机器人在部分领域做了新一轮的性能提升。
首先，在谐波减速机方面，天链机器人结合减速机的齿形运动空间路径，在齿廓、齿向进行了3D优化，形成自主知识产权的RS圆弧3D齿形，通过轴承耐磨强化技术，提高了耐摩擦磨损性能，通过柔轮疲劳寿命优化设计、优化柔轮材料，以及热处理工艺，则进一步实现了谐波减速机的微型化研发，提高了减速机承载扭矩与刚性。
其次，在内嵌式伺服电机结构设计方面，天链机器人基于磁场优化、定子绕组优化、转子惯量优化、结构拓扑优化，提高了电机扭矩密度，降低了转子惯量，并创造性地提出内嵌式伺服电机结构，将电机及波发生器巧妙结合，零件数量得到精简，可靠性进一步增强，大幅缩小产品体积和重量，获得高扭矩密度爆发能力，关节最大扭矩密度得到极大提高。
最后，在一体化关节伺服驱动器研发方面，天链机器人优化了驱动器电源树和电机控制算法，从而实现高精度驱动、参数在线辨识、高速总线通信、故障自诊断和容错控制等。
通过以上三方面的技术迭代，天链机器人研发的人形机器人电动一体化关节组件，最大扭矩重量密度、最大扭矩体积密度、高爆发输出等指标处于行业前列。
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“大脑”和“小脑”共同发展
人形机器人环境感知、行为控制和人机交互能力，有赖于大模型的应用。据悉，大语言模型部分被部署在公司服务器端，响应速度与OpenAI开放的API端口速度接近，根据不同上下文长度，响应速度大致在2～3s；通用视觉感知模型部署在本地，所占用算力约为1TFLOPS，响应速度在100ms左右，满足规划导航需求。在技能学习与视觉感知方面，通用视觉感知泛化能力更强。基于此，天链机器人在研发如何借助高性能边缘计算平台，将“远端大模型+本地通用视觉感知”的模式应用在人形机器人上。
全身运动控制技术可以称为人形机器人的“小脑”，具身智能感控技术可以称为其“大脑”。在“小脑”侧，天链机器人基于强化学习实现机器人的行走控制，该算法已经在Isaac Gym和MuJoCo中完成仿真测试工作，当下正在开展机器人行走测试。在“大脑”侧，天链机器人正在集中研究基于人机交互任务先验信息的大模型微调技术、基于视频演示与预训练模型的人形机器人技能学习技术和基于大语言模型指令拆解的人形机器人发育进化技术，进而实现人形机器人具身智能感控。
图3 天链机器人参加2024世界人工智能大会
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人形机器人落地有待时日
当前，大模型应用仍存在一定滞后。大模型与机器人技术深层次互补融合是人形机器人应用的必然路线，而我国AI大模型还未出现ChatGPT、Sora等爆款级应用，国内大模型整体处在探索研发阶段，因此机器人系统缺乏足够的通识理解能力，从而限制了机器人的自主性、适应性和灵活应用。
人形机器人还不具备应对复杂环境和任务的能力，应用场景落地偏难。在工业生产方面，人形机器人并不能很好地胜任复杂、精细的操作任务。在服务行业，人形机器人的交互能力无法满足客户多样化需求。长远来看，人形机器人将带来客观的经济效益。但短期内，人形机器人售价高，企业使用人形机器人存在经济压力。
近两年，人形机器人市场展现出百家争鸣的生动局面，每一家企业的成功，背后都有其独特的价值和亮点值得去学习。在人形机器人的技术研发、生产制造、市场营销和售后服务等关键环节，正亟需行业创新链有效整合资源和企业间的深度合作。
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