一、傳感器 —— 人形機(jī)器人的感知觸角

力矩傳感器

人形機(jī)器人要想擁有類人般的直覺與反應(yīng)能力，力矩傳感器是核心組成部分之一。它能夠感知并度量力，就如同人類的觸覺神經(jīng)一般，在機(jī)器人關(guān)節(jié)處起著關(guān)鍵作用。

按照測量維度來劃分，力矩傳感器可分為一至六維力傳感器。當(dāng)力的方向和作用點(diǎn)固定時(shí)，一維力傳感器就能派上用場，這種傳感器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用頗為廣泛，而且價(jià)格相對(duì)較為便宜，大多為數(shù)百元。若力的方向隨機(jī)變化，但作用點(diǎn)保持不變，那么三維力傳感器就比較適用了。而在力的方向和作用點(diǎn)都在三維空間內(nèi)隨機(jī)變化的復(fù)雜情況下，則需要依靠六維力傳感器來進(jìn)行測量了，它能夠同時(shí)測量三個(gè)方向的力和三個(gè)方向的力矩，為機(jī)器人提供全方位的力覺信息，像在人形機(jī)器人抓取物體時(shí)，它就能實(shí)時(shí)反饋物體的重量和形狀，助力機(jī)器人調(diào)整抓取力度和姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)操作、保持平衡以及避免損壞。

值得一提的是，六維力傳感器通過內(nèi)部算法可以解耦各方向力和力矩間的干擾，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的力的測量。在這一領(lǐng)域，國內(nèi)近年來取得了顯著進(jìn)展，越來越多的國產(chǎn)廠商開始涉足其中，比如坤維科技、宇立儀器、鑫精誠等，還有漢威科技、柯力傳感、申昊科技等一批優(yōu)秀的國內(nèi)廠商也在積極布局。

編碼器

編碼器在人形機(jī)器人中扮演著不可或缺的角色，它能夠?qū)C(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，對(duì)于人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精密控制和精準(zhǔn)定位起著至關(guān)重要的作用。

從不同的分類角度來看，編碼器有著多樣的類型。按照測量類型區(qū)分，可以分成直線 / 線性編碼器和旋轉(zhuǎn)編碼器。直線 / 線性編碼器主要用于測量物體的直線位移，通常由傳感器和標(biāo)尺組成，標(biāo)尺固定在物體上，傳感器測量標(biāo)尺上的位置信息，在機(jī)械加工、數(shù)控機(jī)床、3D 打印、半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域應(yīng)用較多，光柵尺就是其典型代表。而旋轉(zhuǎn)編碼器則是用來測量物體的旋轉(zhuǎn)角度，可直接安裝在物體上以測量其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)、機(jī)器人、航空航天、汽車、醫(yī)療設(shè)備等諸多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。

若按照輸出信號(hào)來分類，編碼器又可分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。增量式編碼器是一種位置和速度傳感器，它提供相對(duì)于某個(gè)初始位置或上一個(gè)測量點(diǎn)的位置變化信息，其內(nèi)部通常包含一個(gè)碼盤，與讀頭對(duì)應(yīng)，讀頭中的光電傳感器等檢測碼盤上的光柵線，當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，通過計(jì)數(shù)脈沖來跟蹤位置變化，它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命長，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合長距離傳輸，不過無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息，適用于成本敏感且對(duì)絕對(duì)位置精度要求不高的應(yīng)用場景。絕對(duì)式編碼器則是一種位置傳感器，能提供設(shè)備在絕對(duì)坐標(biāo)系中的位置信息，它的碼盤上有按特定模式排列的編碼線或槽，讀頭檢測碼盤上的編碼信息，每個(gè)位置都有唯一編碼對(duì)應(yīng)，無需依賴參考點(diǎn)或復(fù)位信號(hào)確定位置，常用于需要高精度、高可靠性和簡便性的應(yīng)用場景。

從技術(shù)原理角度出發(fā)，編碼器還可分為磁編碼器、光編碼器以及電感編碼器。磁編碼器利用電磁感應(yīng)原理，通過磁性傳感器、磁環(huán)和信號(hào)處理器，感應(yīng)磁場變化來確定位置信息，不受光線、塵土和液體等外界干擾，能實(shí)現(xiàn)高速度、高精度的測量，常用于機(jī)床、機(jī)器人等高精度控制系統(tǒng)中。光編碼器也就是光電編碼器，借助發(fā)光元件、光敏元件及刻有透光和不透光線條的碼盤，利用光學(xué)原理將機(jī)械位置轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通常用于精確的位置反饋和速度控制，有著高精度、高速度、長壽命、抗干擾能力強(qiáng)且易于安裝等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。電感式編碼器則是依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，通過碼盤上的磁性材料與感應(yīng)頭中的線圈相互作用產(chǎn)生變化磁場，進(jìn)而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)電流變化確定碼盤位置和移動(dòng)速度，來實(shí)現(xiàn)位置和速度的測量。

在人形機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)一般需要配備兩個(gè)編碼器以保障準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，線性關(guān)節(jié)和靈巧手則通常需要一個(gè)編碼器，從而確保機(jī)器人能夠按照預(yù)定要求精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)。

其他傳感器

人形機(jī)器人要與外界環(huán)境進(jìn)行有效的交互，感知內(nèi)外部環(huán)境，離不開多種傳感器的協(xié)同配合，像視覺、聲音、雷達(dá)、壓感、光感等傳感器就構(gòu)成了其感知的基礎(chǔ)，它們相當(dāng)于機(jī)器人與外界交流的 “眼睛” 和 “耳朵”，助力機(jī)器人實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與環(huán)境認(rèn)知。

視覺傳感器可謂是機(jī)器人的 “眼睛”，它能夠利用環(huán)境和物體對(duì)光的反射來獲取及感知信息，并且將物體圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再對(duì)圖像進(jìn)行處理和分析。按照?qǐng)D像信息獲取維度、處理數(shù)據(jù)類型的不同，機(jī)器視覺可劃分為 2D 視覺與 3D 視覺。2D 視覺通過工業(yè)相機(jī)獲取平面圖片，主要基于物體的一個(gè)平面特征進(jìn)行后續(xù)分析，沒辦法獲取物體的空間坐標(biāo)信息。而 3D 視覺能夠采集視野內(nèi)空間每個(gè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)信息，通過算法獲取三維立體成像，進(jìn)而分析得出目標(biāo)對(duì)象在空間中的位置、形狀、體積、平面度等信息，以實(shí)現(xiàn)檢測、引導(dǎo)、測量、定位等功能，比如幫助人形機(jī)器人完成人臉識(shí)別、距離感知、避障、導(dǎo)航等，使其更加智能化。當(dāng)前，人形機(jī)器人主流視覺解決方案中，像多目立體視覺和 iToF 法等被較多采用，不過在全球市場上，美國和日本的相關(guān)公司占據(jù)了較大份額，我國的機(jī)器視覺市場起步稍晚，但也有奧比中光、偉景智能、遠(yuǎn)形時(shí)空等企業(yè)在不斷發(fā)展，還有海康威視、大恒科技等國內(nèi)大廠也在機(jī)器視覺領(lǐng)域持續(xù)投入研發(fā)，提升技術(shù)水平。

聲音傳感器則讓機(jī)器人能夠 “聽” 到外界的各種聲音，比如可以識(shí)別語音指令、感知環(huán)境中的異常聲響等，這對(duì)于機(jī)器人與人的交互以及對(duì)周邊環(huán)境狀況的判斷都有著重要意義。

雷達(dá)傳感器能通過發(fā)射和接收電磁波來探測目標(biāo)物體的距離、速度、角度等信息，幫助機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行障礙物檢測、路徑規(guī)劃等，保障其行動(dòng)的安全性和合理性，特別是在一些大范圍、遠(yuǎn)距離的環(huán)境感知場景下發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

壓感傳感器能夠感知外界施加的壓力，當(dāng)機(jī)器人與物體接觸或者在不同的支撐面上時(shí)，可以根據(jù)壓力情況來調(diào)整自身的動(dòng)作和姿態(tài)，例如在抓取物體時(shí)，通過壓感判斷抓取力度是否合適，或者在行走過程中，依據(jù)腳底的壓感適應(yīng)不同地形。

光感傳感器可以檢測光線的強(qiáng)弱、顏色等信息，使得機(jī)器人能夠根據(jù)環(huán)境光線變化來調(diào)整自身的視覺模式，比如在強(qiáng)光下自動(dòng)調(diào)節(jié)曝光或者在昏暗環(huán)境中增強(qiáng)視覺敏感度，更好地完成各種任務(wù)。 這些不同類型的傳感器相互配合，共同為人形機(jī)器人構(gòu)建起了一個(gè)較為全面的環(huán)境感知體系，讓機(jī)器人能夠更好地適應(yīng)各種場景，與外界進(jìn)行有效的互動(dòng)交流。

二、減速器 —— 人形機(jī)器人的動(dòng)力調(diào)配樞紐

諧波減速器

在人形機(jī)器人領(lǐng)域，由于對(duì)精度的要求較高，而對(duì)負(fù)載的要求相對(duì)較低，諧波減速器的應(yīng)用逐漸受到青睞，并占據(jù)著越來越大的比例。就像特斯拉人形機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)部件上的設(shè)計(jì)頗具創(chuàng)新，其采用的一體化關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，綜合了三種旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和三種線性執(zhí)行器，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)更是運(yùn)用了電機(jī)、傳感器與諧波減速器的融合方案，這一方案極大地增強(qiáng)了機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)控制和精度方面的表現(xiàn)，也讓諧波減速器的關(guān)鍵作用得以充分體現(xiàn)，使得特斯拉人形機(jī)器人能夠展現(xiàn)出更加流暢、精確的動(dòng)作，為機(jī)器人技術(shù)的未來發(fā)展設(shè)定了新的高標(biāo)準(zhǔn)。

諧波減速器有著顯著的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要由柔輪、剛輪和波發(fā)生器三大部分構(gòu)成。其中，柔輪呈現(xiàn)為一個(gè)薄壁圓柱外齒輪；剛輪則是一個(gè)堅(jiān)固的環(huán)狀內(nèi)齒輪；波發(fā)生器則是一個(gè)薄壁滾子軸承，被安裝在橢圓凸輪上，這個(gè)橢圓的長徑會(huì)稍大于柔輪的內(nèi)徑。

在人形機(jī)器人中，諧波減速器常被應(yīng)用于小臂、腕部和手部等需要精細(xì)操作的部位。不過，對(duì)于一些承受較大負(fù)載的部位，例如髖部，考慮到成本等因素，可能會(huì)選擇使用行星減速器或類 RV 減速器來替代諧波減速器。

從市場格局來看，2022 年我國的諧波減速器市場中，哈默納科的市場占有率達(dá)到了領(lǐng)先的 38%，本土廠商綠的諧波的市場份額也提升至了 26%。國內(nèi)的豐立智能、昊志機(jī)電等企業(yè)則通過巧妙地打產(chǎn)品組合牌，不斷強(qiáng)化自身產(chǎn)品的競爭力，從而在市場中獲得了一席之地。

RV 減速器

RV 減速器以其更高的承載力而聞名，雖然這也導(dǎo)致了它的重量和體積相對(duì)較大，但其傳動(dòng)效率、輸出扭矩以及扭轉(zhuǎn)剛性都非常高，這些顯著特點(diǎn)使其成為機(jī)器人關(guān)節(jié)部位，如腿部、腰部和肘部等重負(fù)載區(qū)域的理想選擇。

在構(gòu)造上，RV 減速器的設(shè)計(jì)相當(dāng)精妙，它運(yùn)用了多個(gè)軸承來增強(qiáng)其承載能力和穩(wěn)定性，使用了 3×2 個(gè)滾針軸承來配套行星輪，3×2 個(gè)圓錐軸承也是為行星輪而設(shè)，同時(shí)還有 2 個(gè)角接觸軸承用于輸出軸。這樣的軸承配置不僅提高了 RV 減速器的剛性和承載能力，還確保了其出色的穩(wěn)定性和效率，使得 RV 減速器在性能和可靠性方面都表現(xiàn)出色，完全能夠滿足機(jī)器人關(guān)節(jié)在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和高負(fù)載條件下的嚴(yán)格要求。

目前，RV 減速器市場主要由海外廠商占據(jù)主導(dǎo)地位，納博特斯克是機(jī)器人 RV 減速器市場的外資行業(yè)龍頭，占據(jù)了市場的主要份額。但從 2020 年至 2022 年，其市場占比已從 55% 逐漸降低至 52%。與此同時(shí)，近年來國內(nèi)廠商國產(chǎn)替代進(jìn)程也在加速，國內(nèi)的 RV 減速器生產(chǎn)廠商如雙環(huán)傳動(dòng)、中大力德、南通振康、秦川機(jī)床、巨輪智能等，正在逐漸壯大，市場占有率持續(xù)提升。

行星減速器

行星減速器憑借傳動(dòng)效率高和無需保養(yǎng)等特點(diǎn)，在移動(dòng)機(jī)器人的輪部或集成于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。它是一種體積較小的減速裝置，其核心組件包括行星輪、太陽輪和內(nèi)齒圈。其工作原理是依靠外部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的太陽齒輪與緊密結(jié)合在齒箱殼體上的內(nèi)齒環(huán)相互作用，行星齒輪組介于兩者之間實(shí)現(xiàn)浮游。通常行星減速器的單級(jí)傳動(dòng)比不會(huì)超過 10，減速級(jí)數(shù)也不會(huì)超過 3 級(jí)。

行星減速器具備能承受高扭力并具有良好的抗沖擊性能、體積小巧且重量輕、高效率以及極低的背隙等顯著特點(diǎn)，還能確保高精度并擁有長達(dá) 2 萬小時(shí)的穩(wěn)定使用壽命，大約是諧波減速器的三倍，且產(chǎn)品間的一致性表現(xiàn)優(yōu)異。

從全球市場格局來看，盡管 RV 減速器和諧波減速器主要由日本廠商主導(dǎo)，但在行星減速器領(lǐng)域，德國廠商更受歡迎。數(shù)據(jù)顯示，2022 年全球行星減速機(jī)的頭部廠商包括賽威傳動(dòng)、紐卡特、威騰斯坦等，在全球市場中占據(jù)顯著份額。該年全球行星減速器的銷量為 540 萬臺(tái)，銷售金額為 12.03 億美元，其中中國銷量達(dá)到了 232 萬臺(tái)，銷售金額為 5 億美元，我國行星減速器市場規(guī)模占全球約 42%。盡管工業(yè)機(jī)器人中關(guān)節(jié)機(jī)器人的占比較高，導(dǎo)致行星減速器在整體工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用比例較低，但得益于其性價(jià)比和體積重量比優(yōu)勢，行星減速器在人形機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用前景看好，國內(nèi)智元機(jī)器人、宇樹科技等公司已經(jīng)開始在其產(chǎn)品中采用行星減速器。隨著人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)，行星減速器的市場空間有望進(jìn)一步拓展，這也為行星減速器制造商和應(yīng)用廠商都提供了巨大的機(jī)會(huì)和發(fā)展空間。

三、電機(jī) —— 人形機(jī)器人的動(dòng)力源泉

無框力矩電機(jī)

無框力矩電機(jī)是一種創(chuàng)新型的無框架式永磁電機(jī)，在人形機(jī)器人的眾多零部件中有著獨(dú)特地位。它具備高扭矩密度這一顯著特點(diǎn)，意味著在相同的輸出扭矩要求下，其體積能夠更小、重量更輕，這對(duì)于人形機(jī)器人來說至關(guān)重要，有助于實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)部位的空間優(yōu)化以及整體重量的減輕，讓機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加緊湊、靈活。

同時(shí)，無框力矩電機(jī)還擁有低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的優(yōu)勢，使得機(jī)器人在執(zhí)行動(dòng)作時(shí)能夠更加敏捷，響應(yīng)速度更快，并且耗能更低，極大地提升了機(jī)器人的工作效率和續(xù)航能力。在人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)應(yīng)用中，無框力矩電機(jī)的表現(xiàn)尤為出色，它能夠精準(zhǔn)地輸出所需扭矩，驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)完成各種復(fù)雜、精細(xì)的動(dòng)作，比如像特斯拉人形機(jī)器人的 28 個(gè)關(guān)節(jié)中均搭載無框力矩電機(jī)作為動(dòng)力源頭，使其能夠展現(xiàn)出流暢、精確的肢體動(dòng)作。

目前，在全球無框力矩電機(jī)市場上，海外品牌有著較強(qiáng)的實(shí)力，像科爾摩根、威騰斯坦、尼得科、派克漢尼汾等都是比較知名的廠商。不過，國內(nèi)企業(yè)也在不斷追趕并取得了良好進(jìn)展，步科股份、禾川科技、昊志機(jī)電等企業(yè)較早地組建機(jī)器人部門并推出相關(guān)產(chǎn)品。步科股份推出的第三代無框力矩電機(jī)，首創(chuàng)無框灌封工藝，實(shí)現(xiàn)了減重以及力矩提升等突破；禾川科技?xì)v經(jīng)多年研發(fā)，推出的第三代 Hu-MDB 系列無框力矩電機(jī)能提供多種框架尺寸，滿足不同應(yīng)用場景需求；昊志機(jī)電的相關(guān)產(chǎn)品也具備應(yīng)用于人形機(jī)器人的潛力。隨著國內(nèi)技術(shù)水平的逐步提升以及性價(jià)比優(yōu)勢的凸顯，國產(chǎn)無框力矩電機(jī)有望在市場中占據(jù)更重要的地位。

伺服電機(jī)

伺服電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)里扮演著執(zhí)行元件的角色，其主要功能是把接收到的電信號(hào)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。可以說，人形機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度的運(yùn)動(dòng)，很大程度上依賴于伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。它就像是機(jī)器人的 “肌肉”，接收到控制系統(tǒng)發(fā)出的指令后，精確地控制關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、速度以及力度等參數(shù)，從而讓機(jī)器人完成諸如抬手、邁步、抓取物品等各種動(dòng)作，并且保證動(dòng)作的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

在國內(nèi)的伺服系統(tǒng)領(lǐng)域，有不少表現(xiàn)出色的企業(yè)。例如匯川技術(shù)，它是國內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的佼佼者，其通用伺服系統(tǒng)在中國市場的份額位居第一名，研發(fā)投入力度大，推出的 SV680 等伺服電機(jī)產(chǎn)品已接近世界先進(jìn)水平。禾川雖然相對(duì)年輕，但崛起勢頭迅猛，伺服電機(jī)競爭力突出，自動(dòng)化產(chǎn)品布局到位，其 Y7 高端伺服也正朝著世界領(lǐng)先水平邁進(jìn)，背后的技術(shù)團(tuán)隊(duì)實(shí)力不容小覷。還有埃斯頓，作為國產(chǎn)老牌伺服電機(jī)廠家，有著深厚的行業(yè)積累和獨(dú)特技術(shù)，尤其在機(jī)器人行業(yè)中表現(xiàn)卓越。雷賽在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域頗具特色，不僅步進(jìn)電機(jī)聞名遐邇，伺服電機(jī)實(shí)力也很強(qiáng)，其自主運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)在軌跡插補(bǔ)、CNC 等方面很知名，龍門伺服驅(qū)動(dòng)更是具備競爭力。信捷電氣則以小型 PLC 產(chǎn)品見長，并且其 PLC + 伺服電機(jī)的全套方案能力很強(qiáng)，借此快速完成了行業(yè)布局。這些國內(nèi)企業(yè)不斷通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品優(yōu)化，推動(dòng)著國產(chǎn)伺服電機(jī)在人形機(jī)器人等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

空心杯電機(jī)

空心杯電機(jī)在人形機(jī)器人中也有著獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值哦。人形機(jī)器人的手指空間往往比較狹小，所以手指關(guān)節(jié)就需要配備更多小型化且能夠輸出較大力的電機(jī)呀，而屬于直流永磁伺服電動(dòng)機(jī)的空心杯電機(jī)就完美契合了人形機(jī)器人手指關(guān)節(jié)輕量化、高精度等需求呢。像江蘇雷利就表示空心杯電機(jī)是公司重點(diǎn)發(fā)展的核心產(chǎn)品，并且公司掌握著精密齒輪箱減速器的核心技術(shù)，在這方面有著一定優(yōu)勢哦。另外，拓邦股份的空心杯電機(jī)在人形機(jī)器人領(lǐng)域也有著應(yīng)用機(jī)會(huì)，目前已接到行業(yè)內(nèi)客戶需求，正在積極推進(jìn)相關(guān)業(yè)務(wù)呢。機(jī)構(gòu)還指出，假設(shè)特斯拉機(jī)器人達(dá)到百萬臺(tái)量級(jí)、單臺(tái)成本有望達(dá)到 19 萬元，其中單臺(tái)機(jī)器人空心杯電機(jī)模組價(jià)值量約 7200 元，可見其在人形機(jī)器人市場中的潛力還是很大的哦。

四、控制器 —— 人形機(jī)器人的指揮中樞

在人形機(jī)器人的眾多零部件中，控制器可謂是核心神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)機(jī)器人的整體性能起著決定性的影響。它就像是機(jī)器人的 “大腦”，掌控著各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行，讓機(jī)器人能夠有條不紊地完成各種任務(wù)。

從結(jié)構(gòu)上來看，控制器主要分為軟件和硬件兩大部分。硬件部分的核心在于芯片，像工業(yè)控制板卡等部件也是關(guān)鍵所在，它們負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理以及傳輸工作。而軟件部分則涵蓋了操作系統(tǒng)和算法庫等重要元素，這是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能化、自主化運(yùn)動(dòng)的核心技術(shù)所在。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理控制器的硬件資源，為上層應(yīng)用程序營造運(yùn)行環(huán)境，在人形機(jī)器人場景下，需要具備高實(shí)時(shí)性、任務(wù)調(diào)度靈活等特點(diǎn)，以契合機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的嚴(yán)格要求。算法庫作為軟件部分的核心，包含了眾多用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的算法，例如運(yùn)動(dòng)學(xué)控制算法、動(dòng)力學(xué)控制算法、路徑規(guī)劃算法等等。其中，底層算法庫中的運(yùn)動(dòng)學(xué)控制算法能夠規(guī)劃機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，保障機(jī)器人末端執(zhí)行器可以精準(zhǔn)抵達(dá)指定位置，通過對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度、速度等參數(shù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)從初始位置到目標(biāo)位置的平穩(wěn)過渡；應(yīng)用工藝算法則會(huì)針對(duì)抓取、行走等具體應(yīng)用場景進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性與環(huán)境信息，助力機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中高效作業(yè)。

控制器肩負(fù)著多項(xiàng)核心職責(zé)。其一，它能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人操作空間坐標(biāo)與關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)換，這就好比是為機(jī)器人搭建起了一座坐標(biāo) “橋梁”，讓機(jī)器人清楚知曉如何在不同空間中準(zhǔn)確移動(dòng)。其二，完成高速伺服插補(bǔ)運(yùn)算及伺服運(yùn)動(dòng)控制，確保機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)度和響應(yīng)速度，使機(jī)器人的動(dòng)作既流暢又精確，能快速對(duì)各種指令做出反應(yīng)。其三，作為動(dòng)作指令的發(fā)布和傳遞中心，它可以把操作者的指令準(zhǔn)確傳達(dá)給機(jī)器人，并監(jiān)督機(jī)器人依照指令執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。此外，控制器還能對(duì)傳感器等部件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸，有效減少機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與期望目標(biāo)之間的偏差，保證機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度。

在國內(nèi)，研發(fā)控制器的企業(yè)主要分為兩類。一類是以埃斯頓為代表的傳統(tǒng)機(jī)床數(shù)控企業(yè)，它們憑借以往積累的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，進(jìn)一步開發(fā)機(jī)器人控制器，進(jìn)而進(jìn)軍工業(yè)機(jī)器人本體市場。比如埃斯頓，作為國產(chǎn)機(jī)器人龍頭企業(yè)之一，能夠提供全面的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)解決方案，其產(chǎn)品和技術(shù)在國內(nèi)外都享有頗高聲譽(yù)。另一類則是以固高科技、眾為興等為代表的專門的控制器生產(chǎn)企業(yè)，它們主要為國產(chǎn)機(jī)器人本體和系統(tǒng)集成商提供控制系統(tǒng)平臺(tái)。像固高科技，早在 2001 年就開始投身于四軸機(jī)器人控制器的研發(fā)工作，后續(xù)又拓展至六軸機(jī)器人控制器領(lǐng)域，甚至難度極高的八軸機(jī)器人控制系統(tǒng)也已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。除此之外，還有新松機(jī)器人、新時(shí)達(dá)、匯川技術(shù)、廣州數(shù)控以及華中數(shù)控等企業(yè)也在控制器領(lǐng)域積極布局，不斷探索創(chuàng)新。

（來源人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)通）