當?shù)貢r間9.30日，特斯拉2022 AI Day在加州如期舉行，馬斯克預熱已久的人形機器人擎天柱Optimus在全球注目下被工程師緩緩推了出來。這場長達6個小時的發(fā)布會，從Tesla Optimus的結(jié)構(gòu)、原理、硬件、軟件、應(yīng)用和展望等眾多角度進行了全方位細致的說明。

雖然從現(xiàn)場表現(xiàn)來說，特斯拉的人形機器人并沒有達到公眾對“鋼鐵俠”的預期，但這場發(fā)布會還是在驅(qū)動原理、運動控制和硬件結(jié)構(gòu)等方面給我們帶來了一些新的啟示和技術(shù)路徑方向。

作為以電機驅(qū)動為主要方式的人形機器人，擎天柱Optimus共有28個運動關(guān)節(jié)，其中包括三種旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和三種線性執(zhí)行器。驅(qū)動原理一種是基于無框力矩電機+諧波減速器的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，另一種是基于力矩電機+滾柱絲杠的線性關(guān)節(jié)方式。

為了能讓機器人具有更輕的體重和一定的負載作業(yè)能力，運動執(zhí)行器需要具有很高的扭矩密度和推力密度，這是機器人領(lǐng)域典型的“以小制大”技術(shù)難關(guān)。在發(fā)布會現(xiàn)場特斯拉通過用單個線性執(zhí)行器拉起一架半噸的鋼琴，以此來展示特斯拉機器人腿部執(zhí)行器的強大拉力。

特斯拉人形機器人關(guān)節(jié)中所使用的線性執(zhí)行器也叫伺服電缸，是一種集成了伺服電機、減速器、絲杠、傳感器和驅(qū)動器的一體化運動單元，具有精度高和負載大的技術(shù)特點，可以實現(xiàn)精準的速度控制、位置控制和力控制，是機器人的核心運動部件。伺服電缸取代液壓和氣動的趨勢已久，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域進展很大。隨著社會對人形機器人的期望越來越高，伺服電缸向微型化和小型化的發(fā)展趨勢也更加迫切，特別是尺寸很小重量很輕但精度、力量要求又很高的產(chǎn)品，由此因時機器人的微型伺服電缸應(yīng)運而生，并在諸多應(yīng)用場景中得到驗證。

比如在靈巧手中，為了讓靈巧手在外形尺寸與靈活性方面具有更好的仿生性，整只手的驅(qū)動方式主要就靠6個微型伺服電缸來實現(xiàn)。

人形機器人Optimum的腿部關(guān)節(jié)運動也是一樣的驅(qū)動原理，這與傳統(tǒng)電伺服機器人差異較大，傳統(tǒng)諧波減速旋轉(zhuǎn)伺服在追求高動態(tài)響應(yīng)時需要降低減速比提升傳動機構(gòu)透明度，因此高性能帶來的是高耗能。而線性執(zhí)行的特點是傳動透明度低，但等效減速比很大，能夠?qū)崿F(xiàn)大推力。同時當螺桿傳動機構(gòu)設(shè)計合理時還具有自鎖特性，即提升重物時只要不運動幾乎不耗能。而傳動透明度低的問題可以通過集成力傳感器檢測負載的方式進行彌補。這種方案因時機器人通過力控系列微型伺服電缸進行了應(yīng)用驗證，完全能夠?qū)崿F(xiàn)精確力控。

在微型伺服電缸的推重比方面，特斯拉人形機器人線性關(guān)節(jié)采用的通用伺服推重比從1400N/Kg~4200N/Kg，達到了業(yè)內(nèi)較高的水準。其中自重較小的一款0.36公斤級別的驅(qū)動器可能受限于尺寸及集成化的難度，導致推重比較低為1400N/Kg，仍有提升空間。而因時機器人的自重0.1Kg級別的微型伺服電缸推重比已達到4900N/Kg。

因時機器人的微型伺服電缸得益于尺寸小，精度高，功率密度大的優(yōu)勢，在其他領(lǐng)域中也有廣泛的應(yīng)用空間。

在生物醫(yī)療領(lǐng)域：

微型伺服電缸應(yīng)用于微針設(shè)備，能有效減小設(shè)備尺寸和重量，精準控制刺入深度，提升針刺速度，從而大幅提升用戶體驗。

微型伺服電缸應(yīng)用于電子注射器，可以對給藥過程進行精準控制，提高安全性并能有效減小儀器尺寸，提升設(shè)備便攜性。

微型伺服電缸應(yīng)用于移液器，得益于體積小精度高的優(yōu)勢，可通過電缸矩陣式聯(lián)動配合，實現(xiàn)多通道吸夜與分液過程的各自計量與控制。

微型伺服電缸應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)器械，可以減小設(shè)備尺寸，實現(xiàn)精準的力控制和位置控制，并具備數(shù)據(jù)反饋功能，有效降低手術(shù)操作難度和風險。

自動化領(lǐng)域：

微型伺服電缸應(yīng)用于3C自動化和半導體等行業(yè)的精密裝配生產(chǎn)線上，可以對工件進行精確定位和力控壓裝，提升良品率和生產(chǎn)效率。

微型伺服電缸應(yīng)用于PCB壓貼焊接，可以實現(xiàn)對元器件的精準力控壓貼，過程穩(wěn)定可靠，可大幅提升良品率。

微型伺服電缸應(yīng)用于恒力打磨設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對工件表面持續(xù)施加恒定壓力，保證打磨精度和效率。

因時機器人多年來堅持自主研發(fā)，不斷突破、創(chuàng)新各項關(guān)鍵技術(shù)，并在不同行業(yè)場景中打磨產(chǎn)品，形成了包括微型伺服電缸和機器人末端執(zhí)行器在內(nèi)的豐富產(chǎn)品矩陣，矢志追求更微小更精密的運動控制產(chǎn)品，致力于為機器人、生物醫(yī)療及工業(yè)自動化等行業(yè)提供高性能核心運動部件，為實現(xiàn)中國智造而不懈奮斗！

審核編輯 ：李倩