2025年3月7日，由《機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用》雜志社發(fā)起并聯(lián)合中國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)與應(yīng)用協(xié)會(huì)主辦的「2025具身智能機(jī)器人發(fā)展大會(huì)」在天津國(guó)家會(huì)展中心成功舉辦！數(shù)千人齊聚，聚焦具身智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)前沿話題，剖析產(chǎn)業(yè)風(fēng)口，共同探尋產(chǎn)業(yè)融合與落地的方向。
在主旨報(bào)告環(huán)節(jié)中，北京工業(yè)大學(xué)教授石照耀圍繞《靈動(dòng)之樞：具身智能機(jī)器人關(guān)節(jié)技術(shù)的突破與應(yīng)用》這一主題，展開了主題報(bào)告。
機(jī)器人作為新工業(yè)革命的核心裝備，其技術(shù)演進(jìn)深刻影響著智能制造、社會(huì)服務(wù)乃至國(guó)防安全等諸多領(lǐng)域。而作為連接機(jī)械本體與控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，機(jī)器人關(guān)節(jié)的技術(shù)水平直接決定了整機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度、響應(yīng)速度與作業(yè)效能。
一、機(jī)器人關(guān)節(jié)的智能化趨勢(shì)
過去十年，工業(yè)機(jī)器人發(fā)展迅速，而未來十年，人形機(jī)器人將成為新的風(fēng)口。推動(dòng)這一趨勢(shì)的三股力量包括：其一，市場(chǎng)需求呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，人形機(jī)器人、特種機(jī)器人等多元應(yīng)用場(chǎng)景催動(dòng)著技術(shù)革新；其二，國(guó)家政策持續(xù)賦能，將機(jī)器人技術(shù)列為戰(zhàn)略發(fā)展方向；其三，技術(shù)迭代加速，尤其人工智能與機(jī)電耦合技術(shù)的突破，為關(guān)節(jié)性能提升開辟了全新維度。
機(jī)器人關(guān)節(jié)的歷史演變主要由兩方面決定：一是精密傳動(dòng)，二是控制系統(tǒng)。早期關(guān)節(jié)以組合式為主，將電機(jī)、減速器和傳感器等部件簡(jiǎn)單集成；隨著機(jī)器人性能需求的提升，逐漸發(fā)展為一體化關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)。當(dāng)前，人形機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)的要求已超越傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，其核心在于適應(yīng)開放、不確定環(huán)境的動(dòng)態(tài)性和精度要求。
二、關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)
1.缺乏理論指導(dǎo)：關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)涉及多個(gè)物理系統(tǒng)（電控、電機(jī)、減速器、傳感器等），它們之間相互作用復(fù)雜，缺乏一套完整的理論指導(dǎo)。
2.控制問題：人形機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)量眾多，依賴一個(gè)大腦進(jìn)行集中控制會(huì)導(dǎo)致負(fù)擔(dān)過重，需要實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的自適應(yīng)和局部智能化。
3.動(dòng)態(tài)精度與滯回問題：關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能和精度是關(guān)鍵指標(biāo)，但傳統(tǒng)精度要求降低，對(duì)滯回（回差）的要求提高。
4.補(bǔ)償控制：機(jī)電耦合系統(tǒng)復(fù)雜，需要有效的補(bǔ)償控制策略來提升關(guān)節(jié)性能。
三、機(jī)器人關(guān)節(jié)理論與技術(shù)突破
核心創(chuàng)新：提出“動(dòng)態(tài)精度”概念，將傳統(tǒng)靜態(tài)精度拓展為包含運(yùn)動(dòng)過程中誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)木C合性指標(biāo)，建立電-機(jī)-傳感耦合系統(tǒng)的誤差傳遞模型。
實(shí)現(xiàn)路徑：通過全鏈條誤差提取算法，將信號(hào)傳遞、機(jī)械傳動(dòng)、傳感反饋各環(huán)節(jié)的誤差進(jìn)行解耦分析，形成可量化的性能指標(biāo)表達(dá)式，指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)與控制優(yōu)化。
2.廣義傳動(dòng)誤差的全鏈條管理
理論突破：建立包含沖擊載荷、柔順工況的廣義傳動(dòng)誤差評(píng)價(jià)體系，首次將動(dòng)態(tài)工況下的誤差分布特性納入設(shè)計(jì)考量。
工程價(jià)值：通過傳動(dòng)誤差曲線分析，實(shí)現(xiàn)“誤差分揀”設(shè)計(jì)范式，在減速器設(shè)計(jì)階段即可預(yù)測(cè)不同工況下的精度表現(xiàn)，使位置控制精度提升60%。
3.滯回特性的創(chuàng)新利用
范式轉(zhuǎn)變：突破傳統(tǒng)滯回控制僅關(guān)注損耗抑制的思維，提出通過構(gòu)型優(yōu)化、材料改性主動(dòng)調(diào)控滯回曲線形狀。
應(yīng)用場(chǎng)景：在抗沖擊關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)中，利用滯回曲線能量耗散特性優(yōu)化沖擊吸收；在精密傳動(dòng)中，通過電控補(bǔ)償滯回非線性，提升系統(tǒng)抗干擾能力。
4.能量驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)控制架構(gòu)
技術(shù)突破：開發(fā)基于能量反饋的反驅(qū)主動(dòng)控制方法，通過自研測(cè)試儀器實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)性能參數(shù)的數(shù)字化建模。
實(shí)施路徑：構(gòu)建“性能催動(dòng)-芯片集成-GPU控制”的硬件在環(huán)系統(tǒng)，形成“設(shè)計(jì)-測(cè)試-優(yōu)化”的閉環(huán)迭代機(jī)制，顯著提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和能效。
四、機(jī)器人關(guān)節(jié)創(chuàng)新實(shí)踐
基于上述理論與技術(shù)突破，石照耀教授研究團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人關(guān)節(jié)領(lǐng)域開展了多項(xiàng)具體工作：
研發(fā)多款高性能關(guān)節(jié)：成功研發(fā)了諧波減速器關(guān)節(jié)、行星減速器關(guān)節(jié)、復(fù)合行星減速器關(guān)節(jié)和雙差減速器關(guān)節(jié)等多款高性能關(guān)節(jié)。這些關(guān)節(jié)在精度、動(dòng)態(tài)性能和可靠性等方面均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，并已在多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
關(guān)節(jié)檢測(cè)設(shè)備與技術(shù)提升：研發(fā)了世界上首臺(tái)機(jī)器人關(guān)節(jié)檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備不僅能進(jìn)行性能測(cè)試，還能通過技術(shù)手段提升關(guān)節(jié)的精度和性能。
構(gòu)建關(guān)節(jié)性能完整表征與評(píng)價(jià)體系：建立了全面的關(guān)節(jié)性能表征與評(píng)價(jià)體系，包括12項(xiàng)基礎(chǔ)性能指標(biāo)和34項(xiàng)拓展性能指標(biāo)。該體系為關(guān)節(jié)的性能評(píng)估和優(yōu)化提供了有力支持，有助于推動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。
從產(chǎn)品到“關(guān)節(jié)云服務(wù)”：針對(duì)當(dāng)前機(jī)器人關(guān)節(jié)行業(yè)面臨的競(jìng)爭(zhēng)激烈、利用率低等問題，研究團(tuán)隊(duì)提出了關(guān)節(jié)云服務(wù)的創(chuàng)新模式。通過將關(guān)節(jié)性能數(shù)據(jù)上傳至云端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、性能評(píng)估和優(yōu)化升級(jí)等服務(wù)，為關(guān)節(jié)用戶提供更便捷、高效的支持。
機(jī)器人關(guān)節(jié)技術(shù)正從“機(jī)械部件”向“智能器官”演進(jìn)。北京工業(yè)大學(xué)精密工程研究所將持續(xù)深化理論創(chuàng)新，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用深度融合，為人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供核心技術(shù)支撐。石照耀教授表示，未來系統(tǒng)性突破，必能打造出真正具備類人運(yùn)動(dòng)智能的“靈動(dòng)之樞”。
(本文根據(jù)“2025具身智能機(jī)器人發(fā)展大會(huì)”會(huì)議速記稿整理而成)