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人形机器人能否朝着超人化发展？

机器人大讲堂 · 公众号 · · 2024-07-06 17:03

正文

人形机器人还有很大的拓展空间，从类人到超人是一个必经路线。

我们在强调人形机器人灵巧作业的同时，探索另外一条超人化路线也本不应该被忽视。

例如日本就曾推出一款人形机器人，正朝着巨大化陆续前行， 这台高4.5米，重3.5吨，具备四轮驱动的巨大机器人名叫“ARCHAX” ，设计灵感就是日本动画系列《高达》。其动力来源也是DC300V电池驱动。

配合这种巨大化设备，由西日本旅客铁道株式会社（West Japan Railway Company）、Human Machinery Co., Ltd. 和日本信号株式会社共同开发，推出一个人机操作员ver.5.0， 控制室内的人可以戴上VR眼镜，同时，双手握住一对手柄就可灵活操控复合半身机器人 ，日本计划让这种机器人完成巡检等工作。

日本更夸张的还有在横滨还造了一个现实版高达，这个1:1复刻的人形机器人，高约18米，重约24吨，由200多块以钢铁和碳纤维增强聚合物制成的部件组成，不仅外形非常逼真，而且还能做出一系列如下蹲、抬手等动作。

▍ 超人化有着必要性

目前，人形机器人与机械臂的结合正在进行中，未来这种超人形态的机器人或许也并非不可能。

我国目前人形机器人同质化明显，按照目前的人形机器人产品参数，许多工业需求短期内难以解决。

因为毋庸置疑，虽然目前部分人形机器人被吹嘘为设计能在共享工作空间中与人类一起安全地工作， 但它们不仅有效负载能力通常有限，而且无法证明能确保附近工人的安全。

然而，一个悖论在于，在许多情况下，工厂中其实都想让人形机器人去完成任务较复杂的任务，这本质上需要“更强”的机器人。

例如，在汽车制造、航空航天、物流和重型机械等行业，需要人形机器人能够操纵较大部件或拥有更大有效负载，在3C电子等行业，则需要能够柔性作业的机械臂。

同时，这些机器人最好还需要结合先进的安全功能，例如力限制技术、速度监控以及检测人类存在并做出反应的能力，从而才可以更好在协作环境中安全运行。

“柔性”、“强壮”、“安全”这三项能力 ，正是当前协作机器人与人形机器人在工业场景应用必备的共性技术，也就是人形机器人未来极有可能需要大负载、高精度、有交互能力，才能真正全方位做到进入工业场景，灵活执行对人类工人来说体力要求较高或危险的任务，从而提高运营效率。而不是如高盛所说，只能去弥补10%工业机器人以外的空缺。

替代部分劳动力，进而替代掉更多传统机器人，这才是人形机器人进入工厂的最优解。

▍ 机械臂率先走向“超人化”

协作机器人是现阶段最有可能结合人形机器人应用的产品形态， 作为一种更柔性、更安全的机械臂 ，已经在多年发展中验证了可靠性和技术路径优势。

这不仅仅是协作机器人整机可以作为人形机器人手臂，还有 例如一体化关节、拖拽示教、VR等背后的诸多相关软硬件技术 ，都在人形机器人产品上有着非常强的共性价值。

尤其当下对于人形机器人“安全性”、“强作业需求”两个硬性要求下，原先专注机器人手臂领域的企业入局人形机器人赛道，正将人形机器人的能力带上新台阶。

机器人大讲堂获悉，目前几家主攻协作机器人产品的企业，均已计划向人形机器人领域拓展。协作机械臂是目前最有望直接应用于人形机器人上的产品，未来大型工业机械臂其实也有与人形结合的可能性。

机器人大讲堂初步调研发现，目前， 人形机器人其实在上肢动作的协调性、灵活性等方面有很大的提升空间，手臂的负载也较低 ，为了让人形机器人更具备通用性，更广泛地应用于柔性制造和复杂工艺流程制造领域，相关厂商正在试图在将机器人手臂技术复用人形机器人上。

这使得具备领先优势的机械臂企业，作为人形机器人产业链上的一环，值得长期关注和投资。

▍高冗余的必要性

正如人们购买汽车更愿意选择高里程配置一样，一个简单的逻辑就是，未来工厂对于机器人的选择， 必然要求具备更广泛的基础能力 ，从而借助通用性和多功能性， 带来场景和作业能力向下兼容性。

因此，在军事、工业等许多场景中，不管是人形还是其他形态机器人，本质上企业还是希望机器人能够充当“六边形战士”，最好不仅可以凭借高有效负载处理较重的组件，而且还可以插播产线中以高精度高节拍实现流程自动化，能够一站式完成例如重型物料搬运、机器维护和装配任务。

而具有更大有效负载、更高精度的人形机器人必然能在自动化任务中提供更大的多功能性和选择。

这也使得近年来，随着各行业不断采用自动化技术并寻求优化流程的方法， 对能够处理较重有效负载机器人的需求其实在不断增长，但同时企业也更加重视安全和人机协作能力 ，从而诞生了大负载协作机器人，并且负载越做越大。

而当下，这种更加复合的融合需求，极有可能导致未来人形机器人这种通用类型机器人，只有在负载、节拍、精度、安全等方面都具备综合优势特性，才能够进一步部署在更广泛的工业场景中，提高整体效用，把产品价值发挥到最大化，缩短投资回报周期。

一个很典型的案例是，目前UR、遨博、大族、节卡等领先的协作机器人厂商都正朝着大负载的方向迈进，这其实某种程度上就在助力未来人形机器人走向“超人化”。

而且因为大部分行业其实都渴望具有高“能力”的机器人， 人形或者复合的产品形态对于工厂来说反倒并不算特别重要。 企业的核心需求一般都是通过将具有更“好用”的机器人集成到工作流程中，可以实现更高的效率、生产力和灵活性，同时保持安全的工作环境。

当然，不仅仅是负载、节拍带来的效率提升，由于负载变大，机器人往往还需要具备几个关键特性，以确保其有效性、安全性以及广泛的工业应用的适用性。而这些特性也是协作机器人产品特性有望迁移到人形机器人的关键指标。

例如安全特性是核心。 无论是人形机器人还是协作机器人，随着工厂环境的变迁，安全性已经成为大多数人机共存环境中机器人开发的必要条件。

机器人需要与工作空间内现有的安全系统和基础设施无缝集成，这包括与安全传感器、紧急停止系统和安全监控设备的接口，以确保协作环境中的安全操作。

尤其是机器人有着更大“臂力”时，为了避免碰撞带来的惯性和损伤，机器人应包含先进的安全功能，例如加入力和扭矩传感器、碰撞检测或者采用安全皮肤等方案。

还有就是易于部署， 我们认为，在未来的工业场景中，从协作机器人升维到人形机器人，用户友好的界面和编程功能对于简化部署和操作同样至关重要。

无论是双足人形机器人还是复合人形机器人，快速应用于工厂，需要一种更加高效的作业方式。一些机器人厂商在做大负载机器人时，就体现了这种思路。例如节卡机器人推出的JAKA Zu 20不仅可以支持一系列臂端工具选项，帮助用户能够以最少的重新编程或设置时间执行多项任务，而且具有非常直观的编程界面、图形用户界面 (GUI) 或软件平台，这能够便于具有不同技术专业水平的操作员能够轻松设置、编程和维护，未来如果应用到人形的进步空间也很大。

▍ 难点依然存在

正如协作机械臂走向高负载所面临的问题，人形机器人难以巨型化的原因主要同样有以下几个方面：

（1）结构复杂性： 随着机器人尺寸的增大，其结构也会变得更加复杂。大型人形机器人需要更多的关节、连杆和驱动器来模拟人类运动的复杂性和精细性。这种复杂性不仅增加了设计和制造的难度，还可能导致更高的故障率和维护成本。

（2）动力学问题： 大型人形机器人在移动时会产生更大的惯性力，这对机器人的动态稳定性和控制精度提出了更高的要求。设计师需要更精细地调整机器人的质量和质心分布，以及设计更复杂的控制系统来确保机器人的稳定性和安全性。

（3）材料挑战： 大型人形机器人需要使用更高强度、更轻质的材料来减轻重量，同时保持足够的结构强度。这些材料往往成本较高，且加工难度大。此外，大型机器人的制造还需要使用大型设备和精密工艺，这也增加了制造成本。

（4）能源问题： 大型人形机器人需要更多的能源来驱动其运动。这可能导致能源供应系统的复杂性增加，以及能源效率降低。同时，能源存储和分配也是一个挑战，需要确保机器人在整个工作过程中都能获得稳定的能源供应。

（5）软件和控制： 随着机器人尺寸的增大，其运动学和动力学模型也会变得更加复杂。这要求设计师开发更高级的软件和控制算法来确保机器人的稳定性和精确性。此外，大型人形机器人还需要考虑人机交互和安全性等问题，这也增加了软件设计的复杂性。

（6）应用场景限制： 虽然大型人形机器人在某些领域（如灾难救援、货物运输等）具有潜在优势，但其应用场景也受到限制。大型机器人可能无法适应所有环境和任务需求，这限制了其应用范围和商业价值，企业很难生存。

▍ 结语与未来

目前，协作机器人厂商都在积极补充现有的产品阵容，做大负载从而帮助企业在实施自动化解决方案方面提供更大的灵活性和能力，更好服务行业，这其实也为未来进入人形机器人供应链创造着有利条件。

我国在协作机器人领域培育出了诸多优势企业，市场和技术已经居于全球领先，这为下一阶段的超人化人形机器人双臂技术发展创造了良好的条件。

人形机器人在早期阶段，或许某种程度上并不应该拘泥于固定的双足和仿人形态，我们不妨多尝试，因为 想象力 有时候才是人类朝着人形机器人这种前所未有形态迈进的唯一动力。

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来源：人形机器人发布

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