2024-12-13
特斯拉在官方X平台上更新最新行走视频，视频中Optimus已经能在野外在差不多45的陡坡路况下实现较好的自主行走，还经过了一片松软且有沙石的松树林，在经过没走过的陡坡时突然打滑，Optimus的运动控制器能够立即调整其计划和轨迹，最终控制肢体动作。例如在下坡即将摔倒时，Optimus突然调整将左腿向后移到足够远的位置，并利用手臂和腰部转动的组合，保持住了平衡从而做到不摔倒，可以说与人类的反应速度和动作已经相差无几。
相关工程师Milan Kovac透露，Tesla Vision已经关闭，所以Optimus其实在盲走。这意味着目前Optimus的行走训练并不基于视觉，仅依赖机载传感器信息，嵌入式神经网络端测计算即可完成。由此可以推断出Optimus软件架构应该主要分为硬件/模拟接口、摄像头接口、控制器接口和安全接口，这些不同的软件堆栈下却可以多线程运行，共享内存和信号量，确保计算机中央处理单元（CPU）的分布式负载。同时Optimus下肢运动控制能力大幅提升，在摔倒调整姿态维持平衡那个动作中，机器人小脑的瞬间计算速度需要达到2-3毫秒，才能实现类似人类低延时高处理反馈的“膝跳反应”。
核心能力解读
高灵敏控制系统对机器人中使用的模型的敏感性、人机交互都有着重要意义，为了适应不均匀和不连续的地形，机器人运动控制器往往需要能够立即调整其计划和轨迹并实时地做出这些决策。Optimus机器人这种运动控制涉及的核心能力包括五个方面，例如如何感知其与环境的接触状态、如何估计其基础框架的姿态和速度、何时移动其末端执行器（手足）以及将其移动到哪里，如何调整其末端执行器、质心和身体状态维持平衡。
在此之前就有消息传出，特斯拉Optimus在硬件上配备了一套定制的执行器和传感器，使其适用于动态和敏捷运动、运动操纵、机器人舞蹈和运动重新定位等动作。例如在运动控制能力领域，特斯拉采用了一种全新的零部件，即关节执行器（Actuators），也就是国内俗称的机器人一体化关节，该部件或许是影响Optimus机器人硬件成本和运动性能的关键因素。
关节执行器是驱动机器人执行机构（手臂、腿部等）运动的组件，安装在机器人关节处（连杆机构的连接处），通过将电机的旋转运动转化为驱动连杆机构运动，又被称为关节驱动器、关节模组。执行器内部由多种零部件组成，主要包括电机（驱动装置）、减速器（传动装置）、编码器（传感装置）、控制板和控制软件（控制装置）等。按照运动类型，执行器可分为旋转执行器（Rotary Actuator）、线性执行器（LinearActuator）。
旋转关节（旋转执行器）按照不同的输出力矩分为三类，但均由定制的永磁电机+角接触球轴承+谐波减速器+交叉滚子轴承+力矩传感器+位置传感器（双编）+驱动器+机械离合器+关节CNC件组成，采取了非中空走线方式。直线关节（线性执行器或直线驱动器）也按照不同的输出力矩分为三类，但均由永磁电机+球轴承+四点角接触轴承+反向式行星滚柱丝杠+力传感器+位置传感器（单编）+驱动器+关节CNC件组成。直线型驱动器采用内转子电机与球轴承驱动倒置滚柱丝杠旋转，从而驱动行星滚柱从动，最终实现直线运动传递。
因此在结构上，旋转执行器主要分布于Optimus肩髋等需要大角度旋转的关节，线性执行器分布于膝肘等摆动角度不大的单自由度关节、腕踝两个双自由度但是体积紧凑的关节。执行器模拟人类各种运动的协调性与多自由度灵活性，需要同时满足轻量化、小型化及低功耗的技术指标。有消息认为，Optimus的驱动器方案在过去两年时间经历了从刚性驱动器到弹性驱动器和准直驱驱动器的发展变化，目前特斯拉Optimus执行器采用的是TSA方案Traditional Stiffness Actuator，简称TSA），该方案配合虚拟仿真和神经网络，能让机器人的动作更大程度上向人类靠近。
目前的更新可以看出，特斯拉Optimus在软硬件的融合上已经实现飞跃，其通过类似ARTEMIS（增强机动性和稳定性的高级机器人技术），将感知-决策-规控的算法顺利融合，已经基本实现机器人稳定的动态控制，从而在环境感知和自主决策方面的能力得到了显著提升。这或许不仅得益于特斯拉基于自动驾驶领域积累的大量工程经验，将部分算法在机器人上实现复用，还得益于其通过大量的仿真训练，进而更快地优化了机器人的运动控制算法，将感知数据与状态估计融合。这也证明了真正的降本增效，是向技术和创新伸手，而非供应商和工人。
在硬件能力大幅提升的基础上，Milan Kovac提到，未来Optimus将加入视觉信息，实现大模态感知融合，这意味着使机器人能够在更复杂的任务中学习和调整策略。同时让全身多关节的融合协调发展，实现即使摔倒后也能重新站立，更进一步体现双足机器人能更贴合复杂场景的能力。更强的环境适应性将让机器人的可应用场景将从人造道路、标准化场景扩展到自然环境中，机器人除了能在规范的工厂场景作业外，还更适合环境复杂的家庭和商场服务场景从而实现大规模应用。
相关供应商能力盘点
本文针对特斯拉动力学和关节改良以及公开提到的视觉能力，盘点了产业链上能提供相关产品的核心企业。
（1）先锋电子：一体化关节集成和应用
公司为东莞市本末科技有限公司的股东，间接持股比例为0.7%。本末科技作为直驱技术领域的先行者，聚焦于机器人和核心零部件制造，从2020年正式注册成立，至今打造了三大产品系列：低转速、大扭矩的直驱电机、智能动力模组，以及直驱型、自平衡轮足机器人刑天和TITA。
同时，本末科技开创了一种颠覆式的机电一体化运动方式。其电机效率高、噪声低、低转速大扭矩的技术特点，满足了大部分智能家用电器的高要求。此外，轮足机器人通过独特的变形功能设计、模块化结构及开放式接口，既满足灵活性和稳定性的要求，又实现了高可靠性、长续航和复杂运动等性能指标。本末科技的直驱电机产品能为客户提供从需求定制、方案设计、批量生产、调试维护的全套解决方案，已广泛应用于家用机器人、工/商用机器人、健身领域等行业产品。不久前，本末科技制造部宣布M0603A系列直驱电机自2023年发布以来累计交付量达1500000台。
（2）绿的谐波：减速机+一体化关节
绿的谐波为国内谐波减速器龙头公司，打破海外厂家对谐波减速器的垄断，并在近年来尝试将精密减速器、电机及驱动器、传感器等组成一个基本的传动单元，在谐波减速器及精密零部件的基础上开发出了机电一体化产品、机床转台等新产品，广泛应用于智能机器人、医疗器械、半导体生产设备、新能源装备等高端制造领域。经过多年持续研发投入，在2022年起，公司谐波减速器相关产品逐步齐全，精准卡位机器人赛道。
同时，绿的谐波丝杠等多个项目处于批量、中试阶段。例如谐波减速器高强度柔轮优化方法及制造工艺研究、驱控一体化交互力感知方法与装置的研究、新型高精度谐波减速器与驱控一体化模组研发及产业化等多个相关研发和技术都有望助力机器人产品的发展。
（3）拓普集团：驱控集成
近日，拓普集团宣布其注册资本由约11.63亿人民币增至约16.86亿人民币，增幅约为45%。拓普集团在机器人执行器业务上展现出显著的核心优势，这主要体现在其全面的电机自主研发能力上，加之将电机、减速机构与控制器进行高效集成的深厚经验，以及高精度的机械加工技术，确保了产品制造与装配的高品质，目前正基于电控、软件、精密制造等能力延伸到IBS、EPS、机器人执行器等板块，构筑未来增长新势能。
2023年7月，拓普拆分设立机器人事业部。凭借在智能刹车IBS项目积累的各项技术能力，包括软件，电控、驱动、电机、减速机构、传感器等，公司切入机器人电驱系统及其他相关产品，事业部新增机器人直线+旋转执行器及机械臂系统产品。2024年1月，拓普集团正式投产了两条机器人电驱系统生产线，这两条生产线具备年产30万套电驱执行器的强大能力。目前，公司已多次向客户送样，2023年及2024年第一季度分别送样0.02万套和0.02万套，实现收入185.4万元和204.2万元。
（4）三花智控：驱控集成
2022年起三花智控已开始布局机器人产业，重点聚焦仿生机器人机电执行器业务。机电执行器业务在机电控制技术方面与三花智控现有产品具备同源性，公司抽调新能源汽车团队领导，已组建50人的机电执行器产品研发团队，并与绿的谐波签署战略合作框架协议。公司未来三年预计将招募在电机、传动、电控、传感器等领域的专业人才，将研发团队扩充至150人，预计机电执行器产品总团队规模在300人以上。公司已与多个客户建立合作，并积极筹划海外生产布局，具备先发优势。
三花智控的伺服电机具有高精度、高扭矩、高可靠性的特点，能够满足仿生机器人在各种复杂环境下的运动需求。2023年6月公告拟投入2.02亿元用于机器人执行器的研发，并于2024年1月公告拟投资不低于38亿元，在钱塘区投资建设机器人伺服机电执行器和域控制器研发及生产基地项目。
（5）卧龙电驱：驱控集成
卧龙电驱是全球电机驱动领域的佼佼者，业务架构主要围绕电机驱动行业，占总业务的85%。在2023年，卧龙电驱积极布局并开发了高爆发关节模组、伺服驱动器、无框力矩电机等人形机器人关键组部件。11月3日在投资者互动平台表示，公司在华为的供应商池之中。其次卧龙电驱作为全球主要的电机与驱动专业制造商通过金石投资间接控股宇树科技，目前无框立体电机和关节电机的供货量约在千万量级。
卧龙电驱积累了大量无人机电驱系统的设计经验，在进行主机与电驱一体化设计时，追求更高的轻量化水平，并通过联合设计的方法，尝试将主机与电驱紧密结合在一起，以减少不必要的重量和体积。在电动力系统集成方面，卧龙电驱一直确保产品规格的稳定性和可靠性，这种“电机+变频+上位机+传感器+N”的一体化系统解决方案有着较强的护城河。
（6）麦格米特：集成控制
（7）昊志机电：一体化关节
（8）瑞迪智驱：一体化关节
（9）鸣志电器：一体化关节
（10）恒立液压：一体化关节
（11）中大力德：一体化关节
（12）柯力传感：六维力传感器
（13）索辰科技：仿真软件
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