当地时间11月28日,特斯拉机器人官方账号发布了一段视频,展示了Optimus机器人稳稳接住迎面抛来的网球并放下,其手指能够相对灵活地弯曲。灵巧手是特斯拉二代Optimus最引人注目的地方。特斯拉Optimus工程师Milan Kovac将最新展示的灵巧手称为“里程碑式的成就”。与上一代产品相比,新手/前臂拥有双倍的自由度(手上有22个自由度,手腕/前臂上有3个自由度)。人类的手通常被认为具有27个自由度,手部自由度越高,越能做出更加复杂和精细的动作。
Kovac表示,上述视频是在实验室里通过远程操作实时完成的,特斯拉很快就会制造出配备新灵巧手的机器人。团队到年底前仍有一些工作需要完成,特别是围绕扩展触觉传感集成(新一代手比上一代的表面覆盖范围大得多)、通过肌腱实现更精细的控制。由于所有驱动装置被移至前臂,这增加了其重量,团队还在想办法减轻前臂重量。一个有趣的挑战是如何让手指和手掌拥有足够柔软度/柔顺性的保护层,同时又不影响触觉传感。马斯克在他的帖子下面回复:“Optimus团队干得漂亮。”
Optimus上一代灵巧手包含11个自由度,同样集中于前臂的灵活性。搭载11自由度灵巧手的Optimus能够完成叠衬衫、在工厂分拣物品等任务。22个自由度灵巧手则是“千呼万唤始出来”。此前5月份,Optimus团队发布了Optimus的进展视频,视频中该机器人正在对电池进行分类并在办公室里走动。马斯克在视频下方留言,首次透露Optimus的双手将很快拥有22个自由度。在特斯拉6月份的股东大会上,马斯克重申了特斯拉目标,即计划从2024年底开始小批量试产Optimus机器人,预计2025年全年生产数千至一万台,用于内部场景使用及训练。他再次提到Optimus的关键改进——手部将具备22个自由度,“它可以弹钢琴,甚至弹吉他。”
在特斯拉10月召开的“werobot”发布会现场,22自由度灵巧手首次亮相,在屈曲/伸展的基础上,展示了外展/内收的全新姿态。灵巧手线绳驱动结构醒目,执行器外置在前臂中,手腕可灵活转动。中信证券对此表示,这与其对于特斯拉灵巧手方使用“空心杯+丝杠+绳驱”方案的预期吻合。22个自由度分别为5根手指单手指各4个自由度+腕部2个自动度,最大程度地模仿了人类手指最下方关节超过1自由度的结构。
灵巧手目前已经是人形机器人核心零部件之一,主流人形机器人本体厂家都倾向于自研,如特斯拉(Optimus)、Apptronik(Apollo)、优必选(Walker S)、智元(远征A1)、Sanctuary AI(Phoenix)等。华安证券研报指出,灵巧手的性能和成本受其三大核心组件——驱动、传动和传感装置的共同影响。随着机器人技术的进步,灵巧手的自由度升级提速,越来越向高集成度、智能化发展。
今年6月,智元机器人申请了一项名为“灵巧手拇指、灵巧手和机器人”的专利,解决了具有3个自由度的灵巧手拇指无法同时兼顾关节解耦和尺寸的问题。值得一提的是,智元机器人在8月发布的新产品中灵巧手的自由度数达到19个,其中主动自由度由上一代的6个增加至12个。今年上半年,星动纪元推出了自主研发的灵巧手Xhand,具有12个主动自由度,采用全驱动方案,指尖还配置触觉传感器。Figure AI则在今年8月发布的第二代人形机器人Figure02,搭载了第四代机械手,灵巧手拥有16个自由度,称“具有与人类相当的负载能力,可抓取25公斤物体”。由OpenAI投资的初创企业1X Technologies在今年9月初推出了专为家庭设计使用的人形机器人NEO测试版,手部具有20个自由度,能够举起重量超过自身体重两倍的物体。
国金证券分析,特斯拉第三代灵巧手相比于第二代的变化包括:手部增加了自由度,从11个提升到22个,从而对应的电机数量将可能从原本的6个提升到13~17个;驱动器装载部位由手部改为手腕。基于功能性和长期目标,灵巧手往人手方向发展是大势所趋。以特斯拉灵巧手为例,该机构分析了自由度增加带来的产业链弹性环节:驱动装置上,预计空心杯电机和无刷有齿槽电机将成主流,假设单手用量约13~17个,当前双手价值量3.4~15.3万元;传动装置上,当前处于腱绳向丝杠切换的关键时间点,假设单手用量13~17套,当前双手价值量为5.5~13万元;传感器装置上,触觉传感器是价值量最大环节,单手用量约5套,双手价值量约1351元。
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