堪称地表最强“打工人”，人形机器人Figure02领衔灵巧手进化

电子发烧友网报道（文/黄晶晶）日前，人形机器人公司Figure AI宣布推出全新一代Figure 02人形机器人产品，可谓在硬件和软件上都进行了从零开始的重新设计。Figure AI创始人兼CEOBrett Adcock表示，Figure 02概念设计评审在2023年2月，历时18个月研发而成。他认为这是地球上最先进的人工智能硬件产品。
 
Figure 02的全新设计
 
Figure 02人形机器人全身装备6个RGB摄像头，分别位于头部、胸前和后背，通过其 AI 驱动的视觉系统感知和理解物理世界。

灵巧手方面，Figure 02配备第四代机械手，具备16个自由度，拥有与人类相当的力量和灵活性，能够完成多种精细操作任务。
 
此外，机器人内部的电池组为2.25 千瓦时 (KWh) 定制电池组，容量提高50%，从而最大程度地延长机器人的运行时间。Figure AI高管表示，希望每天能够实现大约 20 小时的有效工作时间。
 
Figure 02内置视觉语言模型（VLM），机器人能够从摄像头进行语义定位和快速常识性视觉推理。Figure 02在语音交互方面也取得了显著进步，凭借内置麦克风和扬声器，以及与 OpenAI 合作训练的自定义 AI 模型，能够与人类进行语音对话。
 
值得注意的是，Figure 02 拥有比 Figure 01 高3 倍的计算和AI 推理能力，由于 Figure 02 的端侧算力大幅提升，已经可以完全自主地在现实世界中执行各种任务。
 
在外观形态上，Figure 02 采用了全新的外骨骼结构、集成布线的设计。集成布线实现隐藏电线、可靠性更高、更紧密的封装。
 
今年1月，Figure 宣布与宝马合作，在汽车制造工厂部署人形机器人。 其通用型人形机器人Figure 01 在宝马制造工厂“打工”。此次发布，也展示了Figure 02在宝马斯帕坦堡工厂生产线上测试的视频画面。
 
灵巧手以及核心零部件
 
2023年底，特斯拉第二代擎天柱发布。第二代擎天柱搭载了由特斯拉设计的执行器和传感器、2个自由度驱动颈部、11个自由度手部、触觉传感器、执行器集成电子和线束、足部力/扭矩传感器、铰接式脚趾等。视频显示，第二代擎天柱可以轻松准确地抓取和放下鸡蛋，整个过程比较连贯平稳，左手转右手的整个过程也颇为连贯，展示出其双手精巧的操控能力。

 
今年5月宇树G1人形机器人发布，据介绍G1可选配Dex3-1力控灵巧手，通过力位混合控制，这使得G1能够模拟人手的精准操作能力，对各种物体进行精确控制。无论是进行砸核桃、搬运重物等常规操作，还是拿取鸡蛋等易碎物品，G1都能展现出极高的精准度和稳定性。G1机器人还能够轻松应对汽水瓶开启、焊接等精细作业，这些在过去被认为是机器难以胜任的任务，如今在G1的灵巧操控下变得轻而易举。
 
刚刚发布的Figure 02，其具备16个自由度的第四代机械手也引起非常多的关注。整个手包含机械、电气、控制和传感器等技术。相较于擎天柱二代Optimus Gen 2的手部只有11个自由度，Figure 02拥有更多手部自由度，在灵巧手方面得到进一步进化。
 
人形机器人手部关节主要的零部件包括空心杯电机、减速器以及触觉传感器三大核心。特斯拉每个人形机器人灵巧手单机需要12个空心杯电机和相关行星减速器，单机价值量达2.19万元，预计到2025年实现3万台人形机器人的生产，市场空间将达到6.57亿元。
 
空心杯电机属于特殊的直流永磁伺服电机，其尺寸通常不超过40mm，采用无铁芯结构，有无刷和有刷之分。无刷空心杯电机的定子部分采用空心杯绕组和无齿槽铁芯设计，融合了传统直流无刷电机的高转速、长寿命、低噪音特性以及高效率优势。无铁芯结构消除了铁芯带来的能量损耗，减少重量的同时还能减少机械能的损耗，因此空心杯电机能实现极高的效率。
 
当前，国内厂商包括鸣志电器、鼎智科技、拓邦股份、兆威机电、伟创电气、禾川科技等已布局空心杯电机业务。其中，此前传出鸣志电器已收到特斯拉关于公司空心杯电机送样测试反馈，并基本确定公司能够参与未来的特斯拉人形机器人的量产配套。特斯拉方面还向鸣志电器提供了参与认证和量产进度的指引。消息显示预计鸣志电器将与瑞士Maxon Motor共同为特斯拉人形机器人供货。
 
兆威机电首席电控专家陈毅东博士在此前接受电子发烧友网采访时谈到，2024年是人形机器人的元年，国家出台政策支持这一赛道，且中国拥有完善的产业链配套，为人形机器人落地奠定基础。
 
他表示，灵巧手是一个非常重要的部件，占整个人形机器成本的10%-15%，根据自由度的程度不同分为全控、半控和耦合控三类。主流控制以电机控制为主。可用步进、BLDC、空心杯电机等。传感器包括压电感应式、磁传感器、接触传感器等。人形机器人灵巧手最多可做到24个自由度，能够比人的手更灵巧，例如人的手很难做到有些关节的动作，人形机器人则能够做到。又如人形机器人灵巧手可以对无名指和小拇指做到更有效控制。
 
陈毅东还表示，灵巧手一是手要足够灵敏，二要足够聪明，知道不同场景用不同的动作抓握，还能具有肌肉记忆功能。结合大数据大模型，让手更加智能化。
 
据悉，兆威机电拥有成熟的无刷空心杯电机及微型精密行星减速器，量产能力得到验证，将来希望整合传感器等，自己集成灵巧手。
 
减速器将伺服电机输出的高转速、低转矩动力有效地转换为低转速、高转矩的动力。这种转换对于驱动机器人关节运行以及确保机械设备的平稳、高效运转至关重要。另外，触觉传感器帮助人形机器人手部模拟人体触觉感受，实现精准的触觉感知。国内外不少传感器企业都瞄准了这一机会。
 
此前，迈来芯就推出了一款完全集成的触觉传感器 Tactaxis，结构紧凑且柔软，可提供作用于其表面的 3D 力矢量。这项创新改善了机器人的手和抓具，使得像摘水果这样的精细操作成为可能。该技术已成功地在功能原型中实现。
 
这款开创性的原型采用了 Melexis 经过业界验证的 Triaxis 技术，具有多个 3D 磁力计像素（magnetometer pixels）。该传感器配有一块嵌入到弹性材料中的磁体，这样构成一个柔接触界面，可模拟人体皮肤的属性。该装置具备高灵敏度，因此即使检测到很小的力也会产生相应的响应。所能够实现的力分辨率为 2.7mN，足以辨识不足 1 克（约 0.3 克）的重量变化。Tactaxis 原型非常紧凑（尺寸仅为 5mm x 5mm x 5mm），因此适用于狭小空间应用。
 
此外，长盈精密作为全球领先的精密结构件供应商，其表示公司与Figure AI是合作关系，为其提供人形机器人零组件。
 
小结：
 
仅从灵巧手的演进来说，Figure 02已具备16个自由度，未来灵巧手或许比人类的手更加灵巧与更智能化。人形机器人赛道的成长需要一个周期，产业发展务必要解决痛点才能落地。陈毅东博士预测国产人形机器人大约在三年左右时间走入大众家庭。而包括电机、电控在内的众多厂商有机会在人形机器人市场获得更大的发展。