全球首个人形机器人“半马”开跑！高密度一体化关节如何突破运动极限？

  4月19日，全球首个人形机器人半程马拉松在北京亦庄鸣枪开跑。此次机器人半马创新办赛形式，20支队伍挑战21公里半程马拉松实地赛道，奔跑、超越，突破极限，全面展示国产机器人技术实力与无限可能。其中，参赛的人形机器人“运动员”们的精彩表现，更是引起了社会各界的广泛关注。

  本次比赛，是对人形机器人在真实环境中综合性能的一次系统性检验。在长达21公里以上的赛程中，人形机器人要面对长时间奔跑、复杂路况以及可能出现的突发状况等挑战，这对机器人的一体化关节、本体散热技术、运控算法的鲁棒性以及能源系统的效率等方面都提出了严苛要求。

  其中，作为人形机器人运动的核心单元，一体化关节是人形机器人的“动力源泉”，其性能直接决定了机器人运动水平的高低。那么，一体化关节如何助力机器人突破运动极限？本文将带你一探究竟。

  智能一体化关节技术，突破机器人运动极限

  作为本次比赛中人气较高的参赛选手之一，北京人形机器人创新中心（下文简称“创新中心”）的“天工Ultra”用时2时40分42秒跑完21.0975公里，夺得全球首个人形机器人半程马拉松冠军，刷新世界纪录，创造人形机器人运动性能发展的全新标杆。其机器人可自主实时调整奔跑方向和速度，在泛化地形的通过性和运动控制能力上皆表现出色。

  据悉，“天工Ultra”身高约1.8米，体重约55千克，由去年4月创新中心发布的全国首个通用机器人平台“天工”迭代进化。在赛后展区，创新中心“天工2.0”也亮相了现场，相较于上一代机型，“天工2.0”从本体硬件、作业性能到操作应用等多方面都迎来全新升级。

  值得注意的是，在硬件上，得益于创新中心的高精度、大扭矩一体化关节，其机器人的运动性能以及复杂场景的适应性都得到了显著提升。具体来看，创新中心智能一体化关节的技术突破主要体现在三大层面：

  首先，小体积与大能量的极限平衡。其关节峰值扭矩高达300Nm，满足人形机器人高负荷作业需求；通过创新性电磁设计，采用0.2mm超薄硅钢片降低损耗，配合高槽满率技术，将扭矩密度提升至行业领先水平。结构设计上，谐波关节引入交叉滚子轴承，重量仅为标准品的40%，行星系列关节采用精密斜齿（齿轮精度达5级，传动误差≤5arcmin），实现“轻量”与“精准”的双重突破。

  其次，微米级的控制精度。其关节搭载电机端与减速器输出端双绝对式编码器，角度分辨率高达23Bit，角位置重复定位精度达±0.02°；在控制模式上，支持力位混合、位置、速度、力矩等多模式切换，配合高性能控制算法，可根据场景动态调整运动策略，无论是精密装配还是跑步跳跃，机器人均能实现高动态响应。

  再有，全链路的能效革新。在电源管理层面，其关节适用于共直流母线供电架构，搭配自研电源管理板，支持母线再生能量反充回电池，提高能量利用率；宽压输入设计（支持48V系统及200A峰值电流）适配多样化能源场景，控制器效率最高达99%；部分型号具有独立的风扇控制接口，为散热设计提供便利，可降低关节温度，确保长时间高负荷运行不过热，充分释放硬件性能。

  通信与适配性方面，机器人支持CAN/CAN FD总线及≥1kHz控制频率，且所有中空关节支持标准线束安装，有效规避了“先穿线后焊接”的传统装配难题，大幅提升整机装配效率、提高可装配性和可维护性。

  从技术验证到场景落地，加速产业化落地进程

  如今，人工智能与智能制造正深度融合，人形机器人正从实验室走向真实场景，而一体化关节作为其运动执行的“心脏”，正以技术突破与生态协同双轮驱动，加速产业化进程。这一核心部件的革新，不仅重构了机器人关节的技术架构，更为人形机器人规模化商业落地开辟了关键路径。

  此次参赛亦庄“半马”，有效验证了创新中心的技术创新成果。长期稳定的运动能力是人形机器人走进人类生活自主作业的关键技术基座，创新中心的智能一体化关节技术，有效解决了高动态性、多自由度人形机器人执行器开发中面临的多重挑战，也为其人形机器人从实验室走向工业、服务、特种作业等大规模场景落地应用奠定了坚实基础。

  一体化关节能够实现高精度、高响应速度的运动控制，使人形机器人的动作更加灵活、自然和精准。高性能、高可靠性的一体化关节可以承载更大的负载，使人形机器人能够完成更复杂的任务，满足工业及重载应用的需求。

  其次，一体化关节亦是人形机器人成本最高的部分之一，研制高性能的一体化关节是降低人形机器人制造成本，使其实现大规模商业化应用的关键。一体化关节将多个零部件集成在一起，减少了零部件的数量和复杂性，随着一体化关节的成熟和量产，其生产成本将进一步降低，进而推动人形机器人整体成本的下降，掌握一体化关节核心技术的企业也将在市场中更具市场竞争力。

  创新中心表示，未来，升级后的“天工”除了拥有极强的运动能力外，还将具备自然交互、任务精准规划、双臂协同灵巧操作、多技能执行等能力，广泛应用于工业制造、物流分拣、特种作业等多领域执行任务，甚至走进家庭。

  本次创新中心亦庄“半马”的亮眼表现，也给行业传达出了一个积极信号：国产人形机器人在技术突破和产业化进程方面已具备显著优势，在不久的将来，人形机器人定能走进千家万户，为我们的生活创造无限可能。