因時機器人的技術(shù)內(nèi)核與應用實力究竟如何

「復刻新能源汽車產(chǎn)業(yè)，在人形機器人產(chǎn)業(yè)上再度實現(xiàn)彎道超車。」

就當前而言，這儼然是一個宏大且艱巨的命題。難歸難，發(fā)展人形機器人已是大勢所趨，實現(xiàn)量產(chǎn)與規(guī)模應用只是時間的問題。層層拆解當前產(chǎn)業(yè)存在的難點與堵點，關鍵技術(shù)群攻關仍是重中之重。

正如2023年10月工信部印發(fā)的《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導意見》中所提到的，必須要突破“肢體”關鍵技術(shù)，打造仿人機械臂、靈巧手和腿足，突破輕量化設計、手臂動態(tài)抓取靈巧作業(yè)、高緊湊機器人四肢結(jié)構(gòu)與靈巧手設計等技術(shù)。

不難發(fā)現(xiàn)，落地前夕，人形機器人各結(jié)構(gòu)對高集成度、輕量化、高精度靈巧作業(yè)的需求愈加強烈，技術(shù)攻堅與方案創(chuàng)新迫在眉睫。作為微型伺服電缸的開創(chuàng)者，北京因時機器人科技有限公司（下文簡稱“因時機器人”）早已給出了自己的“答卷”。

基于微型伺服電缸產(chǎn)品，因時機器人也逐漸由單一產(chǎn)品拓展至包含微型伺服電缸、機器人末端執(zhí)行器（伺服電動夾爪、仿人五指靈巧手）在內(nèi)的產(chǎn)品矩陣。值得一提的是，2023年，因時機器人的微型伺服電缸年度銷量正式突破一萬臺。

年銷萬臺，得到市場認可的背后，因時機器人的技術(shù)內(nèi)核與應用實力究竟如何？帶著這兩個問題，高工機器人展開了一次深入調(diào)研。

基于微型伺服電缸的創(chuàng)新方案

小體積 高精度 高集成

一雙可靠且靈巧的“手”，是機器人在工業(yè)現(xiàn)場代替人類完成貨物搬運或其他更加復雜任務的關鍵一環(huán)。

傳統(tǒng)的靈巧手多采用舵機拉線方案，存在著“笨重”、抓握能力弱、可靠性差、運動精度低等問題。其應用場景基本局限于完成機械的舞蹈動作或演示性動作。其背后的原因主要是結(jié)構(gòu)設計不合理、零部件缺乏針對性的創(chuàng)新。

對此，因時機器人開創(chuàng)性地提出了創(chuàng)新型直線驅(qū)動設計方案。其靈巧手產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，僅有6個自由度和12個關節(jié)，用更少的自由度去實現(xiàn)大部分抓握動作，具有更強的抓握能力和可靠性；采用輕量化設計，重量僅有530g，卻具有數(shù)千克的負載能力。

具體來看，因時機器人在靈巧手中內(nèi)置6個微型伺服電缸以模擬人類手掌肌肉，仿生性能較好，便于靈巧手仿生結(jié)構(gòu)布局。另一方面，通過連桿機構(gòu)實現(xiàn)多手指關節(jié)的聯(lián)動執(zhí)行，既保證了手指運動執(zhí)行的精度又提高了穩(wěn)定性和可靠性。

結(jié)合力位混合控制算法，因時機器人的靈巧手產(chǎn)品具有亞毫米級定位精度和數(shù)千克的負載能力，可以模擬人手做出諸如彈琴、泡茶、猜拳等復雜動作和精準抓取。值得一提的是，結(jié)合微型伺服電缸自帶的力傳感器信息，因時機器人的靈巧手可以實時反饋手指的受力情況，相比于傳統(tǒng)靈巧手僅能實現(xiàn)簡單的位置控制，該產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)對每一個手指抓握力的實時控制，對不同軟硬程度、不同形狀、不同尺寸、不同材質(zhì)的物體具有更好的適應性和交互安全性，比如可以完成抓雞蛋、拿草莓等高精度、柔性抓取任務。

實現(xiàn)上述靈巧手創(chuàng)新設計的背后，微型伺服電缸發(fā)揮著極為關鍵的作用。通過把6個精巧的微型伺服電缸集成在靈巧手內(nèi)部，不僅大幅縮減靈巧手身材使其幾乎與人手大小無異，同時讓靈巧手“重”可拎5KG水桶，“輕”可抓豆腐而不破。

微型伺服電缸的英文名為Micro Linear Servo Actuator，顧名思義它是一款微小型的帶有伺服功能的線性執(zhí)行器。僅從產(chǎn)品名稱上來看，似乎只是更加“Mini”的電缸，實則不然，微型伺服電缸是因時機器人為行業(yè)帶來的一款顛覆性創(chuàng)新產(chǎn)品。

早在2016年以前，因時機器人的創(chuàng)始人在早期做機器人開發(fā)項目中發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)緊湊的輕量化、一體化高性能伺服機電產(chǎn)品在市面上仍一片空白。想讓機器人能動起來，基本上還是用傳統(tǒng)的“馬達+減速器+絲杠”的方式，這種方式下即便把當時市面上最小的零部件攢起來造出的靈巧手也是人手的2-3倍大，而且成本高、可靠性差，小型化、一體化的高集成伺服運動部件絕對大有可為?？粗羞@一細分領域，因時機器人立即展開相應研發(fā)工作，并于當年自主研發(fā)了第一款微型伺服電缸樣機。

相較于市面上常見的產(chǎn)品，微型伺服電缸的體積更小、精度更高、集成度更高，內(nèi)部集成了高精密減速器、高性能空心杯電機、絲桿機構(gòu)、傳感器以及伺服控制系統(tǒng)，在保證更小體積的基礎上實現(xiàn)驅(qū)控一體化，具有體積小、精度高、負載大等技術(shù)特點。

事實上，初期在做原始設計方案時，因時機器人就遇上了第一個大難題。

在高緊湊的小型化設計之下，要想達到目標性能，上至方案，下至每個小零件，都必須完美滿足。然而包括馬達、減速器、絲杠、傳感器等在內(nèi)的各類小零件，市場中均沒有成熟可采用的產(chǎn)品及供應商。因此，因時機器人對電機、減速器、絲杠、位置傳感器、力傳感器、伺服驅(qū)動器等關鍵元器件進行自主創(chuàng)新研發(fā)。

從每一個獨立的模塊來說，行星滾柱絲杠的技術(shù)壁壘最高。相較于傳統(tǒng)的行星滾柱絲杠，因時機器人的技術(shù)方案不盡相同，在結(jié)構(gòu)設計和工藝實現(xiàn)上都有創(chuàng)新。目前，因時機器人所研發(fā)的尺寸最小的行星滾柱絲杠，已經(jīng)實現(xiàn)螺母外徑≤10㎜，最高負載可達數(shù)百牛。

除關鍵元器件外，伺服電缸的整個系統(tǒng)集成同樣需要優(yōu)化設計。

從傳動系統(tǒng)的角度來說，減速器和絲杠難免有傳動間隙。如果僅僅依靠電機編碼器進行位置控制，無法消除末端的間隙誤差。因時機器人在末端加置了位置閉環(huán)傳感器，通過算法消除傳動間隙，精度則更高。

研發(fā)難題逐一攻破，因時機器人逐步全面掌握了各個核心零部件的設計及制造工藝。在保證更小體積的基礎上實現(xiàn)驅(qū)控一體化，微型伺服電缸已具有小體積、高精度、大負載等特點，可以實現(xiàn)行程范圍內(nèi)任意位置精確伺服控制，包括力控制、位置控制及速度控制。內(nèi)置絕對位置傳感器，斷電后不會丟失位置信息，無需找零位。

當前，因時機器人的微型伺服電缸產(chǎn)品包含LA系列、LAS系列、LAF系列、LASF系列、BLA系列5大系列。其中尺寸最小的LAS10系列微型伺服電缸，其行程為10mm，重量僅23g，全長34.5mm，可輸出最大105N推拉力，相當于10KG，做到了真正的“小身材大能量”。

規(guī)模化應用背后：得到市場認可

通過傳動裝置把電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，微型伺服電缸可以直接集成到機器人本體或末端執(zhí)行器中驅(qū)動機器人實現(xiàn)運動功能，同時也適用于各種需要高精密線性運動控制的設備治具。

當前，因時機器人已成功進入工業(yè)自動化和生物醫(yī)療市場，幫助器械、設備、工裝制具等實現(xiàn)智能化升級。

在工業(yè)自動化方面，微型伺服電缸已應用于新能源、半導體、3C設備自動化行業(yè)中，通過對工藝流程進行驅(qū)動和控制，微型伺服電缸可以在運動速度、執(zhí)行精度以及力控制等方面進行優(yōu)化。另外，在實際使用中，得益于較低的空間占用率，以及數(shù)十臺并聯(lián)控制的能力，微型伺服電缸也經(jīng)常會“矩陣”式應用于設備中。

其中一個非常典型的創(chuàng)新應用案例：在新能源行業(yè)鋰電池生產(chǎn)的核心設備——涂布模頭上使用。涂布模頭的功能是在銅箔/鋁箔上均勻涂抹漿料，制成正負極片，漿料涂抹的均勻度一定程度上決定了鋰電池的性能和壽命。傳統(tǒng)狹縫式涂布模頭，通過調(diào)節(jié)模頭內(nèi)部的滑塊，改變出料口的壓力分布進而影響涂布厚度?；瑝K間距最窄只有十幾毫米，所以此前只能采用千分尺手工調(diào)節(jié)的方式，也因此導致電池A品率低且對人員配置要求較高等問題難以解決。

微型伺服電缸的出現(xiàn)完美地解決了這個問題。在10多毫米的間距內(nèi)為每一個調(diào)節(jié)滑塊配置一個微型伺服電缸，最多可以實現(xiàn)120個調(diào)節(jié)滑塊實時同步精確控制，實現(xiàn)了全自動調(diào)節(jié)，解決了人工調(diào)節(jié)難度大的問題，提升了電池的A品率，也讓產(chǎn)能大幅提升。

因時機器人市場總監(jiān)房海南在接受高工機器人調(diào)研時介紹道，采用微型伺服電缸控制的閉環(huán)涂布模頭具備實時糾偏、實時控制、均勻性好、生產(chǎn)效率高等諸多優(yōu)勢，因此迅速在新能源市場風靡。因時機器人作為微型伺服電缸開創(chuàng)者，已經(jīng)與大部分新能源廠商、設備商開展智能閉環(huán)模頭合作，僅2023年就已經(jīng)有數(shù)十套閉環(huán)涂布設備投產(chǎn)。

在全球各國新能源汽車發(fā)展目標明確的背景下，智能閉環(huán)涂布設備更符合柔性生產(chǎn)、自動化工廠的發(fā)展需求，傳統(tǒng)人工調(diào)節(jié)涂布模頭將逐步被取代，預計2024年因時機器人在新能源領域微型伺服電缸供貨將超萬臺。

無論是在機器人、工業(yè)自動化還是醫(yī)療領域，因時機器人研發(fā)的微型伺服電缸均具備著創(chuàng)新替代意義。填補國內(nèi)精密微小型直線伺服運動部件市場空白的同時，為行業(yè)革新帶來了更多可能。未來，因時機器人將進一步針對微型精密運動部件和伺服控制技術(shù)進行研發(fā)制造，為機器人、生物醫(yī)療及自動化等行業(yè)提供高性能核心運動部件。

審核編輯：湯梓紅