随着传感技术、运动控制和计算机仿真与机器人技术的深度融合，机器人对复杂外部环境的感知能力大大提高，实际问题的自主性、稳定性和可靠性也大大提高。在技术发展和市场需求的驱动下，服务机器人体积更小，互动更灵活；服务领域和服务对象不断扩大，进一步下沉到各种应用场景；从发展趋势来看，服务机器人正从“感知智能”向“认知智能”迈进，仿生机器人等新兴方向创新活跃，仿生机器人研发再次取得突破。
仿生机器人是指模仿生物并从事生物特征的机器人。北京理工大学和中关村智友研究所发布的报告将仿生机器人分为三类：仿生机器人、四足机器人和科研探索机器人。其中，仿人机器人和四足机器人因其工业化的可行性而备受科技行业的关注。
近日，在北京市科技委员会、中关村科技园区管理委员会的指导下，由中关村智友研究院主办，中国机械工业联合会与中国机器人工业联盟协办《Tech Link智友科学家前沿论坛-仿生机器人技术创新与应用在北京圆满结束。与会科学家和企业家对智能仿生机器人的工业现状和技术研发进行了发散性思考。
仿人机器人产业发展的三个关键问题
仿人机器人是智能机器人的先进形式，具有人的外观特征，特别是复杂的多体动力学系统。该机器人的主要特点是可以使用工具来完成拟人化的各种任务，而无需改变人类的工作和生活环境。此外，仿生机器人具有拟人化的运动能力、环境适应能力和操作能力，因此行业对仿生机器人的期望是：去人们不能去的地方，做人们不能做的事情。
北京理工大学机电学院教授、博士生导师、北京理工大学智能机器人研究所所长余张国认为，模仿机器人的核心能力有三个方面：运动能力、环境适应能力和多任务操作能力，这也是模仿机器人领域需要突破的三个关键点。
在运动能力方面，国内科研单位还需要突破驱动部件的限制，采取一些平衡控制措施，解决运动过程中机器人的平衡稳定问题。仿生机器人的运动过程实际上是一个与坠落作斗争的过程。在操作方面，当前仿生机器人的运动能力和驱动部件的开发主要依赖于工业组模式，机器人的运动性能仍通过特殊的部件开发模式得到提高。
在环境适应方面，仿人机器人不仅可以保持“行走”、“跑”、单一的运动模式，如“跳跃”。相反，它应该有多变的模式，如行走、跳跃和摔倒保护。
在多任务操作能力方面，目前的仿人机器人在智能水平上还没有取得重大突破。未来，行业还应将人与机器人的智能结合起来，提高智能操作能力。
四足机器人的着陆仍然存在关键技术障碍
智通工业大学智能传动研究院副院长纪指出，仿生移动机器人可广泛应用于许多危险环境，如外太空探索、军事侦察、战争冲突、灾难救援等。目前，美国军方在仿生移动机器人领域取得了显著的研究成果。他们为不同场景开发了仿生机器人产品，如全自动轮式车辆、腿足机器人、外骨骼机器人等。俄罗斯、日本和其他国家也在增加对仿生机器人开发的投资。
虽然仿生移动机器人产业发展如火如荼，但该行业的经济创收能力并不尽如人意。2020年，韩国现代对波士顿动力的收购价格为1万亿韩元，而谷歌7年前收购波士顿动力的价格为30亿美元。
“波士顿动力技术确实很先进，但四足机器人的主要问题是运动能力的稳定性、负载能力、耐久性、制造成本、可靠性和轮式或履带式机器人在未知的非结构地形条件下仍然不足。“纪淑婷认为，解决这个问题的关键是作为机器人核心部件的关节驱动器。关节驱动直接决定了机器人运动的平衡性、稳定性和抗干扰性。目前，仿生机器人的主要驱动方式有三种。
第一种是液压驱动，功率高，承载能力强，但噪音很大。二是串联弹性驱动。该方法是在电机和减速器之间放置一个弹性元件，用它和编码器准确地测量力或扭矩。这样，减速器传动相对较大，但其反向驱动能力不好，需要安装一些额外的传感器，这将增加其体积和重量，降低关节驱动器的功率密度。第三种是半直驱。麻省理工学院提出的Cheeetah采用这种模式，通过电流环方案实现力控。该关节采用行星齿轮减速器，传动比一般低于10，无额外传感器，具有较高的反向驱动能力和齿轮传动效率。
谐波齿轮减速器、摆线齿轮减速器、行星齿轮减速器主要用于主流关节驱动器。其中，谐波减速器传动比一般大于30，传动稳定，质量轻，定位精度高，重复定位精度高，但谐波减速器传动效率低，承载能力低，反向驱动能力低。摆线齿轮减速器适用于腿脚机器人，抗冲击性强，可靠性高，减速器传动范围最广，相应承载力高。但摆线齿轮减速器由于设计制造难度大，应用不广泛。行星减速器传动小，反向驱动能力大，传动效率高。
纪淑婷表示，国内企业，如智能工业大学技术研究所，正在克服减速器的设计和研发问题。
仿生机器人产业未来发展趋势
在论坛上，由北京理工大学和中关村智友研究所联合编制的仿生机器人行业报告正式发布。北京理工大学和载人航天工程办公室的博士后佘浩田表示，该报告包括五个部分，形成了三个核心观点：
首先，机器人时代即将到来，仿人和四足机器人是增长的细分轨道之一。
其次，仿人机器人带来了不同于传统工业机器人产业链的差异化需求。与工业机器人相比，仿人机器人对系统部件的需求更加精确。目前，该领域的关键技术难点是运动控制、高扭矩密度驱动单元研究、环境感知、人机交互能力等；
第三，无框扭矩电机和精密减速器将有更多的生长空间。
报告认为，在仿人机器人和四足机器人领域，未来，以ChatGPT为代表的人工智能技术将与人工智能紧密结合，促进人机交互和环境感知技术的发展。其次，仿人机器人对感知、决策和控制提出了更高的要求。随着仿人机器人产业化预期的提高，对专用芯片的需求将继续增加。此外，随着电机技术的发展，直驱电机将成为未来仿人和四足机器人的发展趋势。
报告还提到，仿人和四足机器人在工业化方面仍面临许多挑战。例如，在应用场景方面，两台机器不仅需要在实际应用场景中高效运行，还需要解决稳定性、可靠性和安全性问题。此外，该行业还需要促进关键技术的突破，以加快工业化的实施。在可扩展性方面，两种机器人需要在特殊场景中进行定制开发，以实现机器人适应不使用应用场景的目的。
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