4月19日，全球首個人形機器人半程馬拉松在北京亦莊鳴槍開跑。此次機器人半馬創新辦賽形式，20支隊伍挑戰21公里半程馬拉松實地賽道，奔跑、超越，突破極限，全面展示國產機器人技術實力與無限可能。其中，參賽的人形機器人“運動員”們的精彩表現，更是引起了社會各界的廣泛關注。
本次比賽，是對人形機器人在真實環境中綜合性能的一次系統性檢驗。在長達21公里以上的賽程中，人形機器人要面對長時間奔跑、復雜路況以及可能出現的突發狀況等挑戰，這對機器人的一體化關節、本體散熱技術、運控算法的魯棒性以及能源系統的效率等方面都提出了嚴苛要求。
其中，作為人形機器人運動的核心單元，一體化關節是人形機器人的“動力源泉”，其性能直接決定了機器人運動水平的高低。那么，一體化關節如何助力機器人突破運動極限？本文將帶你一探究竟。
智能一體化關節技術，突破機器人運動極限
作為本次比賽中人氣較高的參賽選手之一，北京人形機器人創新中心（下文簡稱“創新中心”）的“天工Ultra”用時2時40分42秒跑完21.0975公里，奪得全球首個人形機器人半程馬拉松冠軍，刷新世界紀錄，創造人形機器人運動性能發展的全新標桿。其機器人可自主實時調整奔跑方向和速度，在泛化地形的通過性和運動控制能力上皆表現出色。
據悉，“天工Ultra”身高約1.8米，體重約55千克，由去年4月創新中心發布的全國首個通用機器人平臺“天工”迭代進化。在賽后展區，創新中心“天工2.0”也亮相了現場，相較于上一代機型，“天工2.0”從本體硬件、作業性能到操作應用等多方面都迎來全新升級。
值得注意的是，在硬件上，得益于創新中心的高精度、大扭矩一體化關節，其機器人的運動性能以及復雜場景的適應性都得到了顯著提升。具體來看，創新中心智能一體化關節的技術突破主要體現在三大層面：
首先，小體積與大能量的極限平衡。其關節峰值扭矩高達300Nm，滿足人形機器人高負荷作業需求；通過創新性電磁設計，采用0.2mm超薄硅鋼片降低損耗，配合高槽滿率技術，將扭矩密度提升至行業領先水平。結構設計上，諧波關節引入交叉滾子軸承，重量僅為標準品的40%，行星系列關節采用精密斜齒（齒輪精度達5級，傳動誤差≤5arcmin），實現“輕量”與“精準”的雙重突破。
其次，微米級的控制精度。其關節搭載電機端與減速器輸出端雙絕對式編碼器，角度分辨率高達23Bit，角位置重復定位精度達±0.02°；在控制模式上，支持力位混合、位置、速度、力矩等多模式切換，配合高性能控制算法，可根據場景動態調整運動策略，無論是精密裝配還是跑步跳躍，機器人均能實現高動態響應。
再有，全鏈路的能效革新。在電源管理層面，其關節適用于共直流母線供電架構，搭配自研電源管理板，支持母線再生能量反充回電池，提高能量利用率；寬壓輸入設計（支持48V系統及200A峰值電流）適配多樣化能源場景，控制器效率最高達99%；部分型號具有獨立的風扇控制接口，為散熱設計提供便利，可降低關節溫度，確保長時間高負荷運行不過熱，充分釋放硬件性能。
通信與適配性方面，機器人支持CAN/CAN FD總線及≥1kHz控制頻率，且所有中空關節支持標準線束安裝，有效規避了“先穿線后焊接”的傳統裝配難題，大幅提升整機裝配效率、提高可裝配性和可維護性。
從技術驗證到場景落地，加速產業化落地進程
如今，人工智能與智能制造正深度融合，人形機器人正從實驗室走向真實場景，而一體化關節作為其運動執行的“心臟”，正以技術突破與生態協同雙輪驅動，加速產業化進程。這一核心部件的革新，不僅重構了機器人關節的技術架構，更為人形機器人規模化商業落地開辟了關鍵路徑。
此次參賽亦莊“半馬”，有效驗證了創新中心的技術創新成果。長期穩定的運動能力是人形機器人走進人類生活自主作業的關鍵技術基座，創新中心的智能一體化關節技術，有效解決了高動態性、多自由度人形機器人執行器開發中面臨的多重挑戰，也為其人形機器人從實驗室走向工業、服務、特種作業等大規模場景落地應用奠定了堅實基礎。
一體化關節能夠實現高精度、高響應速度的運動控制，使人形機器人的動作更加靈活、自然和精準。高性能、高可靠性的一體化關節可以承載更大的負載，使人形機器人能夠完成更復雜的任務，滿足工業及重載應用的需求。
其次，一體化關節亦是人形機器人成本最高的部分之一，研制高性能的一體化關節是降低人形機器人制造成本，使其實現大規模商業化應用的關鍵。一體化關節將多個零部件集成在一起，減少了零部件的數量和復雜性，隨著一體化關節的成熟和量產，其生產成本將進一步降低，進而推動人形機器人整體成本的下降，掌握一體化關節核心技術的企業也將在市場中更具市場競爭力。
創新中心表示，未來，升級后的“天工”除了擁有極強的運動能力外，還將具備自然交互、任務精準規劃、雙臂協同靈巧操作、多技能執行等能力，廣泛應用于工業制造、物流分揀、特種作業等多領域執行任務，甚至走進家庭。
本次創新中心亦莊“半馬”的亮眼表現，也給行業傳達出了一個積極信號：國產人形機器人在技術突破和產業化進程方面已具備顯著優勢，在不久的將來，人形機器人定能走進千家萬戶，為我們的生活創造無限可能。
