绳子驱动的机器人，会是未来吗？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）大家现在最熟悉的人形机器人，比如宇树G1，可以很明显地看出驱动其关节运动的电机是直接安装在关节上，关节是通过电机和减速器直接驱动。但最近被“打假”的挪威人形机器人公司1X Technologies推出的NEO家庭服务机器人，宣传视频中显示它的关节驱动中用到非常多的“绳索”。
 

 
图源：1X Technologies

绳驱柔性驱动的特性，让其在人形机器人领域有一定的优势，除了1X 之外，星尘智能同样选择绳驱路线。
 
绳驱的优势
 
绳驱是一种以高强度柔性绳索为传动介质，通过绳索的收放、张紧、张力调节实现动力传递与运动控制的驱动技术。其核心逻辑区别于传统刚性驱动，不依赖刚性部件的直接接触传动，而是通过绳索的拉力协同将动力从远程动力源传递至末端执行器或关节，最终实现平移、旋转、多自由度复合运动等功能。
 
绳驱系统主要由三大部分组成，包括绳索、传动执行系统、控制感知系统。绳索是绳驱技术的核心介质，需同时满足高强度、低伸长、耐磨损、环境适配四大要求。目前绳驱绳索的材料多样，包括碳纤维、凯夫拉/芳纶、聚乙烯等，根据不同的应用场景选择。
 
传动执行系统负责将动力源的电机动力转化为绳索的线性收放，再通过绳索牵引实现末端运动，核心组件包括电机、导向和张紧机构、末端执行/关节机构。
 
而最难的部分是控制感知系统，因为绳索不是刚性的传动部件，在传动时会产生弹性形变，所以需要通过感知与算法实现运动精度与稳定性，比如需要相关的张力传感器等，以及需要特殊的控制算法，需要对绳索的弹性形变延迟等进行动态补偿。
 
同时，索长期受力会出现 “蠕变”，即逐渐变长，导致张力下降、运动精度偏差；绳索数量越多，张力与长度的协同难度越大；而在不同的环境里，温度不同、湿度不同，都会对绳索的材料性能产生影响。
 
另外，绳驱因为不是刚性连接动力源，所以负载必然有限，难以完成较大强度的负载工作。
 
但相比电机直驱，绳驱在机器人领域仍有几个关键的优势，比如重量比伺服驱动更轻，因为动力源可以外置，关节通过绳索传动，轻量化也带来更低的能耗；绳索有弹性形变空间，所以在需频繁与人类近距离交互的机器人领域，当人形机器人肢体意外接触人体时，绳索可通过微小形变吸收冲击力，最大冲击力可控制在 50N 以内，避免刚性驱动的碰撞风险；人形机器人的肢体需具备大角度运动能力，绳驱的多绳协同牵引可突破刚性关节的运动限位；绳驱无需复杂的齿轮、丝杠等刚性传动件，可大幅简化关节结构，令系统更紧凑。
 
其他机器人驱动形式
 
机器人领域目前最常见的事电气驱动，通过电机将电能转化为机械能，配合传动机构与控制系统实现运动的驱动形式，因具有高精度、高可靠性、低污染等优势，占据全球工业机器人市场 90% 以上的份额，尤其在精密制造领域不可或缺。同样在人形机器人领域，具备功率密度、效率的优势。
 
电气驱动的核心组件包括电机、传动元件（减速器、RV 减速器、丝杠、联轴器等）、驱动器、编码器、控制器，负责电机转速、位置、扭矩的精准控制，以及电源、散热等辅助装置。
 
液压驱动以液压油为传动介质，通过液压泵将机械能转化为液压能，再经液压缸/液压马达将液压能还原为机械能，具有超大输出扭矩、强抗冲击能力等特点，是重载、恶劣环境下机器人的首选驱动形式，在工程机械、大型工业设备中很常见。
 
液压驱动系统的核心是压力能传递，动力源主要是液压泵；执行元件包括液压缸（直线运动）、液压马达（旋转运动）；控制元件包括溢流阀、减压阀、换向阀、比例阀/伺服阀，调节压力、流量与方向；另外还需要油箱、过滤器、冷却器、密封件等辅助元件。
 
气动驱动以压缩空气为动力介质，通过气缸、气动马达等执行元件实现运动，具有结构简单、成本低、无油污污染等优势，广泛应用于轻型、低精度的机器人场景。气动驱动系统的核心是气压能到机械能的转换，核心组件包括作为动力源的空压机、气源处理单元等；执行元件包括气缸、气动马达、真空吸盘；控制元件包括电磁阀、流量控制阀、压力开关等。
 
小结：
 
绳驱在机器人领域的应用已经逐渐往更多应用拓展，尤其在医疗、仓储等对轻量化、柔性要求高的场景中优势显著；而在人形机器人领域，绳驱的轻量化、安全性可解决传统驱动的核心痛点，但负载能力、可靠性、环境适应性的缺陷还需通过技术突破。未来通过绳索材料的进步、以及控制算法的优化，绳驱有望在人形机器人中成为重要的驱动形式补充。