「復(fù)刻新能源汽車產(chǎn)業(yè)，在人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)上再度實(shí)現(xiàn)彎道超車?！?/p>

就當(dāng)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(jī)器人已是大勢所趨，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)與規(guī)模應(yīng)用只是時間的問題。層層拆解當(dāng)前產(chǎn)業(yè)存在的難點(diǎn)與堵點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)群攻關(guān)仍是重中之重。

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

不難發(fā)現(xiàn)，落地前夕，人形機(jī)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(qiáng)烈，技術(shù)攻堅(jiān)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(jī)器人科技有限公司（下文簡稱“因時機(jī)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(jī)器人也逐漸由單一產(chǎn)品拓展至包含微型伺服電缸、機(jī)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(jī)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(rèn)可的背后，因時機(jī)器人的技術(shù)內(nèi)核與應(yīng)用實(shí)力究竟如何？帶著這兩個問題，高工機(jī)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(jī)器人在工業(yè)現(xiàn)場代替人類完成貨物搬運(yùn)或其他更加復(fù)雜任務(wù)的關(guān)鍵一環(huán)。

傳統(tǒng)的靈巧手多采用舵機(jī)拉線方案，存在著“笨重”、抓握能力弱、可靠性差、運(yùn)動精度低等問題。其應(yīng)用場景基本局限于完成機(jī)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(shè)計(jì)不合理、零部件缺乏針對性的創(chuàng)新。

對此，因時機(jī)器人開創(chuàng)性地提出了創(chuàng)新型直線驅(qū)動設(shè)計(jì)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(guān)節(jié)，用更少的自由度去實(shí)現(xiàn)大部分抓握動作，具有更強(qiáng)的抓握能力和可靠性；采用輕量化設(shè)計(jì)，重量僅有530g，卻具有數(shù)千克的負(fù)載能力。

具體來看，因時機(jī)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(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多手指關(guān)節(jié)的聯(lián)動執(zhí)行，既保證了手指運(yùn)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(jī)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(fù)載能力，可以模擬人手做出諸如彈琴、泡茶、猜拳等復(fù)雜動作和精準(zhǔn)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(jī)器人的靈巧手可以實(shí)時反饋手指的受力情況，相比于傳統(tǒng)靈巧手僅能實(shí)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(shí)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(yīng)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(wù)。

實(shí)現(xiàn)上述靈巧手創(chuàng)新設(shè)計(jì)的背后，微型伺服電缸發(fā)揮著極為關(guān)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(shí)則不然，微型伺服電缸是因時機(jī)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(jī)器人的創(chuàng)始人在早期做機(jī)器人開發(fā)項(xiàng)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(jī)電產(chǎn)品在市面上仍一片空白。想讓機(jī)器人能動起來，基本上還是用傳統(tǒng)的“馬達(dá)+減速器+絲杠”的方式，這種方式下即便把當(dāng)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(yùn)動部件絕對大有可為?？粗羞@一細(xì)分領(lǐng)域，因時機(jī)器人立即展開相應(yīng)研發(fā)工作，并于當(dāng)年自主研發(fā)了第一款微型伺服電缸樣機(jī)。

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(jī)、絲桿機(jī)構(gòu)、傳感器以及伺服控制系統(tǒng)，在保證更小體積的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)驅(qū)控一體化，具有體積小、精度高、負(fù)載大等技術(shù)特點(diǎn)。

事實(shí)上，初期在做原始設(shè)計(jì)方案時，因時機(jī)器人就遇上了第一個大難題。

在高緊湊的小型化設(shè)計(jì)之下，要想達(dá)到目標(biāo)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(dá)、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(yīng)商。因此，因時機(jī)器人對電機(jī)、減速器、絲杠、位置傳感器、力傳感器、伺服驅(qū)動器等關(guān)鍵元器件進(jìn)行自主創(chuàng)新研發(fā)。

從每一個獨(dú)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(jī)器人的技術(shù)方案不盡相同，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝實(shí)現(xiàn)上都有創(chuàng)新。目前，因時機(jī)器人所研發(fā)的尺寸最小的行星滾柱絲杠，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)螺母外徑≤10㎜，最高負(fù)載可達(dá)數(shù)百牛。

除關(guān)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(shè)計(jì)。

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(jī)編碼器進(jìn)行位置控制，無法消除末端的間隙誤差。因時機(jī)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(jī)器人逐步全面掌握了各個核心零部件的設(shè)計(jì)及制造工藝。在保證更小體積的基礎(chǔ)上實(shí)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(fù)載等特點(diǎn)，可以實(shí)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(dāng)前，因時機(jī)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(dāng)于10KG，做到了真正的“小身材大能量”。

規(guī)?；瘧?yīng)用背后：得到市場認(rèn)可

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

當(dāng)前，因時機(jī)器人已成功進(jìn)入工業(yè)自動化和生物醫(yī)療市場，幫助器械、設(shè)備、工裝制具等實(shí)現(xiàn)智能化升級。

在工業(yè)自動化方面，微型伺服電缸已應(yīng)用于新能源、半導(dǎo)體、3C設(shè)備自動化行業(yè)中，通過對工藝流程進(jìn)行驅(qū)動和控制，微型伺服電缸可以在運(yùn)動速度、執(zhí)行精度以及力控制等方面進(jìn)行優(yōu)化。另外，在實(shí)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(yīng)用于設(shè)備中。

其中一個非常典型的創(chuàng)新應(yīng)用案例：在新能源行業(yè)鋰電池生產(chǎn)的核心設(shè)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(fù)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(jìn)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)120個調(diào)節(jié)滑塊實(shí)時同步精確控制，實(shí)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(jī)器人市場總監(jiān)房海南在接受高工機(jī)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(shí)時糾偏、實(shí)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(fēng)靡。因時機(jī)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(shè)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(shè)備投產(chǎn)。

在全球各國新能源汽車發(fā)展目標(biāo)明確的背景下，智能閉環(huán)涂布設(shè)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(yù)計(jì)2024年因時機(jī)器人在新能源領(lǐng)域微型伺服電缸供貨將超萬臺。

無論是在機(jī)器人、工業(yè)自動化還是醫(yī)療領(lǐng)域，因時機(jī)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(bǔ)國內(nèi)精密微小型直線伺服運(yùn)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(jī)器人將進(jìn)一步針對微型精密運(yùn)動部件和伺服控制技術(shù)進(jìn)行研發(fā)制造，為機(jī)器人、生物醫(yī)療及自動化等行業(yè)提供高性能核心運(yùn)動部件。

審核編輯：湯梓紅