人形机器人的核心技术涉及多个方面，包括驱动技术、传感器技术、人工智能技术和运动控制系统。这些技术在实现人形机器人的灵活运动、感知交互和智能决策中起着至关重要的作用。
驱动技术
关节驱动器技术
关节驱动器是人形机器人运动的核心部件，负责在高扭矩密度、动态响应精度和能量效率之间取得平衡。全球关节驱动器技术呈现“日本精密制造主导、欧美高端定制崛起、中国国产替代加速”的三极格局。
关节驱动器技术的进步是人形机器人实现复杂动作的关键。日本Harmonic Drive Systems的零背隙谐波减速器和Maxon的EC frameless无框电机等技术，均为人形机器人提供了高性能的驱动解决方案。
丝杠和行星滚柱丝杠
丝杠和行星滚柱丝杠是人形机器人线性驱动的核心部件，用于将电机的旋转运动转化为直线运动，实现精确的位移控制。行星滚柱丝杠因其高承载能力、紧凑体积和快速响应，成为人形机器人关节部位的首选。
丝杠的高精度和高稳定性是实现人形机器人精细操作的基础。随着技术的不断进步，国产丝杠企业在高精度加工和材料优化方面取得了显著突破，逐步缩小了与国际龙头企业的差距。
传感器技术
六维力传感器
六维力传感器能够同时测量三个力的大小（沿着X、Y、Z轴）和三个力矩（绕X、Y、Z轴的力矩），是人形机器人灵巧手和触觉感知的关键传感器。六维力传感器的高精度和多功能性，使其在机器人抓取、操作和感知环境中发挥着重要作用。国内企业在六维力传感器领域的技术突破，有望提升人形机器人的操作精度和灵活性。
视觉和听觉传感器
视觉传感器（如结构光、激光雷达）和听觉传感器（如麦克风阵列）是人形机器人感知和理解外部环境的重要工具。3D视觉感知技术可以让机器人获得更加准确的外部环境信息，降低误差，帮助机器人快速地进行各种动作反应。
视觉和听觉传感器的进步，使人形机器人能够在更复杂的环境中做出精确的决策。这些传感器的应用不仅提升了机器人的交互能力，还拓展了其应用场景。
人工智能技术
运动控制算法
运动控制算法是人形机器人实现稳定行走和灵活运动的关键软件。算法需要根据机器人的目标位置、当前状态以及周围环境信息，规划出一条高效且满足动力学约束的运动路径。
运动控制算法的优化，使人形机器人能够在复杂环境中保持稳定性和灵活性。AI大模型和深度学习技术的应用，进一步提升了机器人的自主决策和适应能力。
视觉-语言-动作模型
视觉-语言-动作（VLA）模型能够实现机器人对视觉、语言和动作的统一理解，使其能够像人类一样感知、理解和行动。Helix模型是这一领域的代表性技术，能够在无需特定任务微调的情况下，实现对各种物体的操作。
VLA模型的应用，使人形机器人能够处理更复杂的任务和环境，提升了其通用性和实用性。这种技术的突破，为人形机器人在家庭和工业服务领域的应用提供了广阔前景。
运动控制系统
动力之源——电机
电机是人形机器人运动的动力之源，分为直流电机、交流电机和无刷电机等。不同类型的电机具有各自独特的特点，适用于不同的应用场景。电机的选择和优化，直接影响人形机器人的运动性能和工作效率。高效、低能耗的无刷电机，是人形机器人实现长时间工作的关键。
力量倍增器——减速器
减速器用于将电机的高速低扭矩转化为低速高扭矩，以满足机器人关节运动对力量和精度的需求。谐波减速器和行星减速器是常见的减速器类型。减速器的高精度和高稳定性，是实现人形机器人精细操作的基础。随着技术的进步，国产减速器企业在高精度和长寿命方面取得了显著突破。
人形机器人的核心技术涵盖了驱动技术、传感器技术、人工智能技术和运动控制系统等多个方面。这些技术的不断进步和创新，使人形机器人能够在复杂环境中实现灵活运动、感知交互和智能决策。未来，随着技术的进一步成熟和市场的扩大，人形机器人将在更多领域展现出巨大的应用潜力。
人形机器人的主要技术挑战有哪些？
人形机器人在技术上面临诸多挑战，主要包括以下几个方面：
运动控制与动态平衡
- 双足行走与平衡：实现稳定的双足行走和动态平衡是一个重大挑战，需要突破零力矩点控制等动态平衡算法。此外，关节驱动扭矩密度需达到200Nm/kg，目前特斯拉Optimus已实现40+自由度协同。
- 高爆发力关节：液压驱动系统的能量转换效率仅为40%-60%，影响了机器人的续航能力。
感知与决策
- 多模态传感器融合：需要整合3D视觉、激光雷达与力觉反馈，时延需低于10ms。路径规划算力需超过50TOPS，以应对复杂环境。
- 复杂地形适应：在非结构化地面上行走，需要达到毫米级地形识别精度。
能源与材料
- 续航能力：目前锂电池续航普遍不足2小时，能量密度需提升至400Wh/kg以上。
- 轻量化材料：碳纤维、镁铝合金成本高昂，且触觉传感器精度需达到0.1N级。
AI交互与伦理安全
- 跨场景迁移学习：需要万亿级参数训练，当前情感识别准确率仅为72%（人类达93%）。
- 安全标准缺失：人机协作需通过ISO 13482认证，伦理标准尚未统一。
硬件设计与可靠性
- 精细动作控制：手指关节的精确控制对于抓取和操作小型物品至关重要，现有技术可能无法完全满足这一需求。
- 材料耐用性：长时间运行时的磨损问题需要解决，以确保机器人的长期稳定工作。
软件算法
- 运动控制的实时性和鲁棒性：在复杂环境中快速、准确地做出动作，并保持稳定，需要更加先进的运动控制算法。
- 数据获取成本高：训练高性能机器人需要大量真实场景数据，采集、标注和处理这些数据成本高昂。
人形机器人在医疗领域的应用前景如何？
人形机器人在医疗领域的应用前景广阔，主要体现在以下几个方面：
1. 手术机器人
- 高精度手术：人形机器人如波士顿动力的Perceptive Surgical机器人，能够在手术中提供高精度和高稳定性，手术速度远超人类医生，极大地提升了手术成功率。
- 微创手术：人形机器人可以进行微创手术，减少患者的创伤和恢复时间。例如，达芬奇手术机器人已经在微创手术中广泛应用，未来人形机器人有望在这一领域进一步发展。
2. 康复训练
- 个性化康复计划：人形机器人能够模拟人类动作和姿态，根据患者的具体情况制定个性化康复计划，并在训练过程中实时调整强度和难度，确保达到**康复效果。
- 辅助康复治疗：人形机器人可以协助老年人或残疾人的日常生活，提供陪伴和康复训练，提升康复效果和生活质量。
3. 医学影像诊断
- 图像识别与处理：人形机器人凭借强大的图像识别和处理能力，能快速准确地识别病变区域，为医生提供可靠的诊断依据。例如，AI辅诊系统已经在多家医院投入使用，显著提升了诊断的准确性和效率。
- 远程医疗：人形机器人可以在偏远地区提供医疗服务，通过远程控制和实时视频交流，帮助医生进行诊断和治疗。
4. 药物研发
- AI辅助药物设计：AI技术可以在药物研发过程中发挥重要作用，通过靶点筛选和分子设计，缩短研发周期，提高研发效率。例如，石药集团与Radiance Biopharma的合作协议就体现了这一点。
- 临床试验支持：人形机器人可以在临床试验中协助数据收集和患者管理，提高临床试验的效率和准确性。
5. 护理与照料
- 日常护理：人形机器人可以协助医护人员进行简单护理、药品配送等工作，提升医疗效率，减轻医护人员的工作负担。
- 长期照料：在养老院和康复中心，人形机器人可以提供24小时的照料服务，帮助老年人进行日常活动，提升他们的生活质量。
目前最先进的人形机器人有哪些？
以下是目前最先进的人形机器人：
国际上
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特斯拉Optimus
- 特斯拉的人形机器人Optimus计划在2025年步入量产，2026年大规模生产。Optimus采用了电驱动方式，设计之初就考虑了大规模量产的可行性。它将首先应用于特斯拉的汽车工厂，用于完成如给料斗上料、车身生产线物料运输等工作，未来还将逐步进入商业市场和家庭场景。
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Figure AI Helix
- Figure AI发布了首个视觉-语言-行动（VLA）模型Helix，能够将感知、语言理解和机器人控制相结合，从而实现全方位控制机器人。Helix的亮点包括全上半身控制、多机器人协作和泛化能力。
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1X Technologies NEO Gamma
- 1X Technologies发布了新一代家用机器人NEO Gamma，相较之前的NEO Beta，在硬件、人工智能和设计美感上都有很大提升。NEO Gamma通过强化学习和动态控制系统，能够像人一样自然快速地走路，并完成一系列动作，如蹲下捡物、清理房间等。
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波士顿动力Atlas
- 波士顿动力发布了电动版人形机器人Atlas，展示了其在复杂地形中的运动能力和稳定性。Atlas能够在各种环境中灵活移动，执行高难度的动作。
国内
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优必选Walker X
- 优必选的Walker X是一款高度自主的人形机器人，具备12个自由度，能够应用于家庭护理、陪伴等多个场景。Walker X采用了多项自主研发的核心技术，如高精度传感器和先进的运动控制系统。
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小米CyberOne（铁大）
- 小米的CyberOne身高177厘米，重52千克，具备15个可动自由度，并配备了多块自研芯片以支持端到端大模型。CyberOne能够完成拟态双手的触控反馈功能，适用于家庭护理和陪伴场景。
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宇树科技Unitree G1
- 宇树科技的Unitree G1是一款售价9.9万元的人形机器人，具备高性价比和强大的运动能力。G1升级了仿生算法，斜坡侧跑成功率从78%提升到95%，并计划在2025年第二季度开启批量交付。
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北京“天工”人形机器人
- 由北京市人形机器人创新中心研发的“天工”机器人，能够在户外真实地形中实时识别环境、调整步态，实现连续攀爬高达35厘米的台阶，并在雪地、沙地等复杂地形中以12公里/小时的速度稳定奔跑。其抗干扰能力尤为突出，可承受45牛顿秒的冲击力。