「復(fù)刻新能源汽車(chē)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(chē)。」

就當(dāng)前而言，這儼然是一個(gè)宏大且艱巨的命題。難歸難，發(fā)展人形機(jī)器人已是大勢(shì)所趨，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)與規(guī)模應(yīng)用只是時(shí)間的問(wèn)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(jiàn)》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(dòng)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(duì)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(kāi)創(chuàng)者，北京因時(shí)機(jī)器人科技有限公司（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“因時(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)機(jī)器人的微型伺服電缸年度銷(xiāo)量正式突破一萬(wàn)臺(tái)。

年銷(xiāo)萬(wàn)臺(tái)，得到市場(chǎng)認(rèn)可的背后，因時(shí)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(gè)問(wèn)題，高工機(jī)器人展開(kāi)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(chǎng)代替人類(lèi)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(dòng)精度低等問(wèn)題。其應(yīng)用場(chǎng)景基本局限于完成機(jī)械的舞蹈動(dòng)作或演示性動(dòng)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(duì)性的創(chuàng)新。

對(duì)此，因時(shí)機(jī)器人開(kāi)創(chuàng)性地提出了創(chuàng)新型直線驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案。其靈巧手產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，僅有6個(gè)自由度和12個(gè)關(guān)節(jié)，用更少的自由度去實(shí)現(xiàn)大部分抓握動(dòng)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?jī)H有530g，卻具有數(shù)千克的負(fù)載能力。

具體來(lái)看，因時(shí)機(jī)器人在靈巧手中內(nèi)置6個(gè)微型伺服電缸以模擬人類(lèi)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(guò)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多手指關(guān)節(jié)的聯(lián)動(dòng)執(zhí)行，既保證了手指運(yùn)動(dòng)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(shí)機(jī)器人的靈巧手產(chǎn)品具有亞毫米級(jí)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(dòng)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(shí)機(jī)器人的靈巧手可以實(shí)時(shí)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(jiǎn)單的位置控制，該產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每一個(gè)手指抓握力的實(shí)時(shí)控制，對(duì)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(guò)把6個(gè)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(wú)異，同時(shí)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(chēng)上來(lái)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(shí)機(jī)器人為行業(yè)帶來(lái)的一款顛覆性創(chuàng)新產(chǎn)品。

早在2016年以前，因時(shí)機(jī)器人的創(chuàng)始人在早期做機(jī)器人開(kāi)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(dòng)起來(lái)，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(shí)市面上最小的零部件攢起來(lái)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(dòng)部件絕對(duì)大有可為。看中這一細(xì)分領(lǐng)域，因時(shí)機(jī)器人立即展開(kāi)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(jiàn)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(shí)，因時(shí)機(jī)器人就遇上了第一個(gè)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(gè)小零件，都必須完美滿(mǎn)足。然而包括馬達(dá)、減速器、絲杠、傳感器等在內(nèi)的各類(lèi)小零件，市場(chǎng)中均沒(méi)有成熟可采用的產(chǎn)品及供應(yīng)商。因此，因時(shí)機(jī)器人對(duì)電機(jī)、減速器、絲杠、位置傳感器、力傳感器、伺服驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵元器件進(jìn)行自主創(chuàng)新研發(fā)。

從每一個(gè)獨(dú)立的模塊來(lái)說(shuō)，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(shí)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(shí)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(gè)系統(tǒng)集成同樣需要優(yōu)化設(shè)計(jì)。

從傳動(dòng)系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō)，減速器和絲杠難免有傳動(dòng)間隙。如果僅僅依靠電機(jī)編碼器進(jìn)行位置控制，無(wú)法消除末端的間隙誤差。因時(shí)機(jī)器人在末端加置了位置閉環(huán)傳感器，通過(guò)算法消除傳動(dòng)間隙，精度則更高。

研發(fā)難題逐一攻破，因時(shí)機(jī)器人逐步全面掌握了各個(gè)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(duì)位置傳感器，斷電后不會(huì)丟失位置信息，無(wú)需找零位。

當(dāng)前，因時(shí)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?jī)H23g，全長(zhǎng)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)模化應(yīng)用背后：得到市場(chǎng)認(rèn)可

通過(guò)傳動(dòng)裝置把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，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(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能，同時(shí)也適用于各種需要高精密線性運(yùn)動(dòng)控制的設(shè)備治具。

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

在工業(yè)自動(dòng)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(dòng)化行業(yè)中，通過(guò)對(duì)工藝流程進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制，微型伺服電缸可以在運(yùn)動(dòng)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(tái)并聯(lián)控制的能力，微型伺服電缸也經(jīng)常會(huì)“矩陣”式應(yīng)用于設(shè)備中。

其中一個(gè)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(guò)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。滑塊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(duì)人員配置要求較高等問(wèn)題難以解決。

微型伺服電缸的出現(xiàn)完美地解決了這個(gè)問(wèn)題。在10多毫米的間距內(nèi)為每一個(gè)調(diào)節(jié)滑塊配置一個(gè)微型伺服電缸，最多可以實(shí)現(xiàn)120個(gè)調(diào)節(jié)滑塊實(shí)時(shí)同步精確控制，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)調(diào)節(jié)，解決了人工調(diào)節(jié)難度大的問(wèn)題，提升了電池的A品率，也讓產(chǎn)能大幅提升。

因時(shí)機(jī)器人市場(chǎng)總監(jiān)房海南在接受高工機(jī)器人調(diào)研時(shí)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(shí)糾偏、實(shí)時(shí)控制、均勻性好、生產(chǎn)效率高等諸多優(yōu)勢(shì)，因此迅速在新能源市場(chǎng)風(fēng)靡。因時(shí)機(jī)器人作為微型伺服電缸開(kāi)創(chuàng)者，已經(jīng)與大部分新能源廠商、設(shè)備商開(kāi)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(guó)新能源汽車(chē)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(dòng)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(shí)機(jī)器人在新能源領(lǐng)域微型伺服電缸供貨將超萬(wàn)臺(tái)。

無(wú)論是在機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化還是醫(yī)療領(lǐng)域，因時(shí)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(guó)內(nèi)精密微小型直線伺服運(yùn)動(dòng)部件市場(chǎng)空白的同時(shí)，為行業(yè)革新帶來(lái)了更多可能。未來(lái)，因時(shí)機(jī)器人將進(jìn)一步針對(duì)微型精密運(yùn)動(dòng)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(dòng)化等行業(yè)提供高性能核心運(yùn)動(dòng)部件。

審核編輯：湯梓紅