当前,人形机器人正由概念验证走向工程落地,但“能走、能抓、能干活”之间仍存在显著鸿沟。
业内普遍面临的关键难点集中在三方面:一是整机平台形态与应用场景匹配度不足,双足稳定行走与复杂地面适应能力仍需强化;二是高功率密度关节的力控精度、可靠性与成本约束并存,关节模组既要“强劲”又要“细腻”;三是灵巧手在自由度、抓取策略、耐久性及操控闭环方面仍是制约通用操作能力的瓶颈。
破解这些问题,需要从机械结构、传感反馈、控制算法到系统集成形成协同闭环。
在此背景下,哈尔滨工业大学机电工程学院付宜利教授、倪风雷教授团队联合博实股份开展攻关,聚焦“整机平台—关节模组—末端执行器—智能控制”的链条式突破,形成阶段性成果。
其核心价值在于以系统工程方式打通关键部件与整机集成,既强调单点性能指标,也重视可集成、可迭代、可验证的工程路径。
从“原因”看,近年来国内机器人产业链加速完善,制造业智能化升级、危险与重复工种替代需求增长,推动人形机器人从实验室走向工厂与现场。
与此同时,关键部组件的自主研发能力成为衡量产业竞争力的重要指标。
该联合团队选择从关节与灵巧手等“硬核难点”切入,并以整机平台牵引迭代,有助于避免“部件性能好但系统用不好”的割裂局面,也契合产学研协同创新的一般规律:高校突出原创性与方法论积累,企业侧重工程化与场景化验证,双方以共同目标形成良性循环。
从“影响”看,此次成果首先体现在整机平台的差异化架构上。
团队形成双足与轮式两款人形机器人平台,为不同场景提供更具针对性的系统选择。
一般而言,双足结构更强调跨越障碍、狭窄空间通过与类人动作能力,适用于复杂地形和非结构化环境;轮式形态则在能耗、续航、速度与稳定性方面具备优势,更利于在相对平整环境中实现高效率移动与载荷作业。
双形态平台并行推进,有助于在应用探索阶段降低试错成本,推动从“单一演示”向“可用可选”过渡。
其次,关节模组的关键突破为整机运动与操作能力提供了底层支撑。
团队自研集成扭矩传感器的摆线旋转关节,以及纯滚动准直驱的摆线旋转关节,目标指向高扭矩密度与精细力控能力的统一。
公开信息显示,其机械臂关节在约5千克自重条件下具备约5千克负载能力,腿部关节最大扭矩达到400牛·米。
对人形机器人而言,腿部关节是稳定行走、起立下蹲、负载搬运等动作的“动力中枢”;扭矩与力控性能提升,将直接增强整机在复杂动作与外界扰动下的稳定性与安全性,也为后续开展“力—位混合控制”“柔顺操作”等高级控制策略提供条件。
再次,灵巧手方案的“双版本”布局,体现了对性能与工程化的统筹考量。
团队研制了一款具有20关节、15主动自由度的高性能灵巧手,面向更丰富的手型配置与精细操作;同时推出一款具有11关节、7主动自由度的欠驱动轻量化灵巧手,更强调重量、成本、可靠性与维护便利性。
灵巧手并非自由度越高越好,高自由度有利于复杂抓取与在手操作,但也带来控制复杂度、故障率与成本上升;欠驱动方案则常以更少的执行器实现对形状不确定物体的自适应包络抓取,更利于面向工业分拣、搬运、上料等任务快速落地。
两条路线并行,既可满足科研与高端任务探索,也为规模化应用保留工程可行性选项。
在“对策”层面,下一阶段建议从三方面加快成果向应用牵引的迭代:一是强化整机可靠性与标准化验证体系,围绕连续运行、抗冲击、防尘防护、热管理与维护性开展工程测试,形成可复用的测试规范与故障诊断机制;二是推动“关节—灵巧手—控制算法”的协同标定与闭环优化,提升扭矩传感、位置反馈与末端触觉/力觉的融合能力,完善多模态感知下的精细操作策略;三是以典型场景建立任务库与数据集,优先在制造业辅助作业、危险环境巡检、特种救援辅助、实验室与仓储等领域开展小规模示范应用,以任务成效倒逼软硬件迭代。
从“前景”判断,人形机器人竞争将逐步从单机性能比拼转向“系统能力+产业化能力”综合较量。
未来一段时期,谁能在关键部组件自主可控、整机系统稳定可靠、场景任务形成闭环、成本持续下降等方面率先形成体系化优势,谁就更有可能在新一轮产业竞争中占据主动。
此次联合团队的阶段性成果,展示了从核心部组件到整机平台的系统研制路线,有望在后续工程化迭代中进一步释放应用价值,并带动相关零部件与控制软件的协同成熟。
从实验室的单项突破到产业化的全链贯通,中国科研团队正以系统化创新改写人形机器人技术格局。
当冰冷的机械臂拥有了"中国芯"与"智慧手",不仅标志着高端装备自主可控能力跃升,更预示着人机协作的智能制造新时代正在加速到来。
这场跨越式的技术突围,正是创新驱动发展战略在实体经济领域最生动的实践注脚。