電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/梁浩斌)最近小鵬汽車CEO何小鵬在微博上放出了一個(gè)視頻,展示“鋼鐵助理”操作手機(jī)屏幕預(yù)定小鵬MONA M03的過程。在視頻中機(jī)器手機(jī)器手動(dòng)作流暢,結(jié)構(gòu)精密,自由度較高,滑動(dòng)屏幕和點(diǎn)按的過程很流暢,并且下單過程中滑動(dòng)誤觸發(fā)選中文字后,也能快速修正操作,有點(diǎn)“真AI”的味道了。
來源:微博@XP-何小鵬
何小鵬表示,機(jī)器人靈活度高且擁有觸覺能力,未來可以在工業(yè)場景中處理非常精細(xì)的任務(wù),今年內(nèi)還會(huì)與大家同步小鵬在AI及大型硬件的新進(jìn)展。今年機(jī)器手和機(jī)器人領(lǐng)域確實(shí)有不少新的硬件出現(xiàn),伴隨AI的輔助,或許有望迎來機(jī)器手的“iPhone時(shí)刻”。
機(jī)器人硬件涌現(xiàn),五指靈巧手受關(guān)注
小鵬其實(shí)在去年的1024科技日上就展示了一款雙足智能機(jī)器人PX5,當(dāng)時(shí)據(jù)官方介紹,PX5可實(shí)現(xiàn)業(yè)界頂級的雙足行走及越障礙能力。通過自研的高性能關(guān)節(jié),實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性的機(jī)器人行走能力,可以完成2小時(shí)以上的室內(nèi)外行走和越障。在演示視頻中,PX5展示了踢足球、騎平衡車等高難度項(xiàng)目。
小鵬類人靈巧手和仿人機(jī)械臂 來源:小鵬汽車
作為雙足機(jī)器人的一部分,小鵬還在研發(fā)類人的機(jī)器手和機(jī)械臂。其中類人靈巧手單手具有11個(gè)自由度,兩根手指可以夾起1KG的東西,同時(shí)手指具備感知觸覺的能力,而自重僅430g;超輕量級仿人機(jī)械臂有7個(gè)自由度,定位精度可以做到0.05mm,單臂最大負(fù)載可以達(dá)到3KG,自重5KG,最大末端線速度為1m/s。
靈巧手和仿人機(jī)械臂配合,小鵬展示了拿起游戲手柄、使用電動(dòng)螺絲刀、提起箱子、捏起圓珠筆、倒水、抽紙、捏起塑料球等操作,但動(dòng)作仍稍顯生硬。
從視頻效果來看,今年小鵬在靈巧手上有了比較明顯的進(jìn)步,首先是動(dòng)作更加流暢自然,可能是得益于新的驅(qū)動(dòng)器,另外是手部的自由度可能也有所增加。在兩個(gè)月后的小鵬2024科技日上,小鵬可能會(huì)正式展示新的靈巧手,并公布更多細(xì)節(jié)。
今年7月的2024世界人工智能大會(huì)(WAIC 2024)上,特斯拉在中國首次展示了其第二代的Optimus人形機(jī)器人實(shí)物。特斯拉第二代Optimus最早在去年12月首次亮相,當(dāng)時(shí)特斯拉發(fā)布了一段視頻,展示了第二代Optimus的能力。
來源:特斯拉
特斯拉稱二代Optimus相比上一代減重10kg,同時(shí)行走速度提升了30%,在足部增加了一些被動(dòng)關(guān)節(jié),看起來走路動(dòng)作相對自然,不過實(shí)際行走速度依然很慢。第二代Optimus的關(guān)鍵升級在于手部。
第二代Optimus的機(jī)器手具有11個(gè)自由度,視頻演示動(dòng)作十分靈活流暢,同時(shí)所有手指都有觸覺傳感器,可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)操作,比如兩指捏住雞蛋。在上面圖片中,右側(cè)就顯示了當(dāng)前雙手手指末端檢測到的壓力。
當(dāng)然,機(jī)器人只有硬件是無法投入實(shí)際應(yīng)用中的,為了展示Optimus的AI能力,特斯拉早前還放出了一段新的視頻,展示Optimus在電池工廠的產(chǎn)線上對電芯進(jìn)行分揀。Optimus采用了端到端的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),通過FSD硬件計(jì)算以及視覺傳感器、手部觸覺和力傳感器等,驅(qū)動(dòng)機(jī)器完成相應(yīng)的工作。
說到機(jī)器手,明星初創(chuàng)公司Figure AI剛剛發(fā)布的號稱“地表最強(qiáng)”人形機(jī)器人就更加值得關(guān)注。Figure成立于2022年,投資者包括OpenAI、英偉達(dá)、微軟、亞馬遜集團(tuán)創(chuàng)始人貝索斯等。Figure在8月發(fā)布了人形機(jī)器人Figure02,硬件上采用了外骨骼設(shè)計(jì),并在膝蓋和手肘關(guān)節(jié)附近采用新型復(fù)合材料的蜂窩狀可壓縮組織;在執(zhí)行器上也進(jìn)行了升級,手臂關(guān)節(jié)執(zhí)行器A2款扭矩50NM,對應(yīng)的關(guān)節(jié)活動(dòng)最大角度范圍148°,下肢腿關(guān)節(jié)展示了2款旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)執(zhí)行器:L1款扭矩150NM用在大腿靠近髖關(guān)節(jié)位置,關(guān)節(jié)活動(dòng)最大角度范圍195°;L4款扭矩150NM用在膝關(guān)節(jié),關(guān)節(jié)活動(dòng)最大角度范圍135°。
關(guān)鍵的第四代機(jī)器手達(dá)到了驚人的16個(gè)自由度,可承重25公斤,每根手指都由一個(gè)集成了傳感器和電機(jī)的單元驅(qū)動(dòng)。另外在手腕上也有創(chuàng)新,提供了與人類手腕相似的運(yùn)動(dòng)范圍同時(shí),將所有電力和傳感信號線路封裝并引導(dǎo)到手和手指,團(tuán)隊(duì)也表示他們的目標(biāo)是讓機(jī)器人能夠抓住所有人類能夠抓住的物體。
另一家來自國內(nèi)的機(jī)器人公司宇樹,則換了一條思路來打造機(jī)器人。宇樹在去年推出旗下首款通用人形機(jī)器人H1,這款機(jī)器人結(jié)構(gòu)相對簡單,沒有機(jī)器手,主要是用于實(shí)驗(yàn)人形機(jī)器人行走算法。而宇樹的優(yōu)勢在于自研電機(jī)能力,H1膝關(guān)節(jié)上使用了宇樹自研的M107關(guān)節(jié)電機(jī),提供360N·m的峰值扭矩,而髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的扭矩分別為220N·m和45N·m,手臂關(guān)節(jié)為75N·m。H1的所有關(guān)節(jié)單元,包括伺服電機(jī)、減速器和控制器均由宇樹自主研發(fā)和生產(chǎn),當(dāng)時(shí)9.9萬美元的售價(jià),震驚了國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域的大佬,后來的國內(nèi)外高校的機(jī)器人算法研究中,都能看到宇樹H1的身影。
來源:宇樹官網(wǎng)
短短一年不到的時(shí)間,宇樹又推出了G1,體型更小,重量更輕,自由度更高。G1基礎(chǔ)版沒有靈巧手全身23個(gè)自由度,EDU版配置靈巧手最高43個(gè)自由度。其中單腿有髖關(guān)節(jié)3個(gè)自由度、膝關(guān)節(jié)1個(gè)自由度加上踝關(guān)節(jié)2個(gè)自由度;單臂有肩關(guān)節(jié)3個(gè)自由度加肘關(guān)節(jié)2個(gè)自由度,還能額外選配2個(gè)自由度的腕關(guān)節(jié)。
G1 EDU搭載了Dex3-1三指力控靈巧手,和以往人形機(jī)器人上常見的五指仿生手不同,Dex3-1大拇指有3個(gè)自由度,食指有2個(gè)自由度,中指2個(gè)自由度還可以加裝2個(gè)手腕自由度。Dex3-1三指力控靈巧手通過力位混合控制技術(shù),使G1能夠模擬人手的精準(zhǔn)操作能力,還能加裝多點(diǎn)觸覺陣列,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸碰,模擬人體精細(xì)的觸感,大幅提升實(shí)時(shí)反饋觸覺信息的能力。
雖然從視頻演示中G1的性能已經(jīng)足夠驚艷,但更加令人感嘆的是其9.9萬元的起售價(jià)。當(dāng)然,如果要用于二次開發(fā),以及更高性能需求的應(yīng)用,就需要G1 EDU版本選配NVIDIA Jetson Orin高算力模塊,而該產(chǎn)品售價(jià)未有公開。
機(jī)器人五指靈巧手關(guān)鍵部件有哪些?
為了實(shí)現(xiàn)仿人類的靈活手部結(jié)構(gòu),機(jī)器人靈巧手需要多種精密部件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。比如電機(jī)需要采用空心杯電機(jī)等特定類型的伺服電機(jī),用于提供手指所需的精確位置和速度控制,高精度和響應(yīng)速度取決于電機(jī)性能。
目前空心杯電機(jī)在海外主要是Faulhaber、Portescap、Allied Motion、Maxon Motor、尼得科等為主要供應(yīng)商。國內(nèi)供應(yīng)商在近幾年呈現(xiàn)爆發(fā)態(tài)勢,包括拓邦股份、兆威機(jī)電、鼎智科技、鳴志電器、偉創(chuàng)電氣等都有不俗的實(shí)力,并開始進(jìn)入人形機(jī)器人市場。
減速器作為配合電機(jī)使用的部件,被用于減小電機(jī)的轉(zhuǎn)速并增加扭矩輸出,這在機(jī)器人領(lǐng)域也是關(guān)鍵部件之一。在機(jī)器人靈巧手中,可能會(huì)使用精密行星減速器、RV減速器和諧波減速器等不同類型,以滿足不同的精度和扭矩需求。
為了實(shí)現(xiàn)靈巧手的觸覺反饋,需要用到多種傳感器,包括力矩傳感器,用于測量施加在手指上的力和力矩;觸覺傳感器,用于感知接觸物體的形狀、硬度、紋理等;位置傳感器,用于監(jiān)測手指的位置和姿態(tài);溫度傳感器,用于監(jiān)測工作環(huán)境的溫度變化以及物體溫度等。
以觸覺傳感器為例,目前全球市場上主要企業(yè)有Tekscan、Pressure Profile Systems、Sensor Products、Weiss Robotics、Syn Touch等公司,不過機(jī)器人領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈也正在發(fā)生變化,近年有更多的玩家入局并推出創(chuàng)新產(chǎn)品。比如Melexis推出的觸覺傳感器 Tactaxis、國內(nèi)帕西尼感知科技推出的PX-6AX多維觸覺傳感器等。
PX-6AX柔性陣列上亞毫米級別的微小形變場能被瞬間捕捉,同時(shí)還能為機(jī)器人提供滑動(dòng)、摩擦、紋理、溫度等15種多維信息,采樣頻率最高可達(dá)1000Hz,最小可測量0.01N的力,提供超過300萬次的測量壽命。
小結(jié):
可以看到今年以來,人形機(jī)器人開始更加關(guān)注靈巧手的部分,手作為人類工作中最重要的身體部位,未來要想使用人形機(jī)器人代替人類進(jìn)行通用工作,必然需要先在機(jī)器手上先實(shí)現(xiàn)對人類的仿真,這個(gè)時(shí)候反而行走方式可能還有一些技術(shù)方向上的選擇空間,比如輪足等。所以未來一段時(shí)間里,機(jī)器人靈巧手能否成為行業(yè)重點(diǎn)攻克的方向,并最先將其投入到實(shí)際應(yīng)用,我們可以拭目以待。
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