特斯拉人形机器人电池技术和驱动电机优势分析

2021年8月中旬的AI Day上，马斯克宣传要做特斯拉人形机器人：擎天柱（Tesla Bot）：

10月1日，特斯拉在加州帕罗奥图举办了2022 AI Day活动，人形机器人擎天柱Optimus原型机正式亮相。

不同于去年概念PPT上光滑圆润的外形，今年的擎天柱金属与线缆裸露在外。现场这台擎天柱，展示了稳步行走、转体俯身、挥手与台下观众打招呼。

要知道，这可是它首次实现了独立行走。

随后，更接近最终产品的“带皮肤”机器人也被搬了上来（这台还要几周时间才能才能下地走路）。

随后的 Demo 视频中特斯拉展示了机器人搬运箱子，给花浇水，在特斯拉超级工厂里工作的画面。机器人导航用的 Autopilot 系统和特斯拉汽车上的是类似的系统。

送快递：

浇花：

在汽车工厂也能有模有样地搬砖：

它目前还不能完全达到我们的设想，不过马斯克认为「再过几周」问题就不大了。考虑到这个机器人设计出来只用了半年，未来成型的样子还是可期的。

现场，研究人员称，初次亮相的只是一款概念机，到今年AI日已经实现了第二次迭代，实物图也与概念图进一步贴近。

马斯克称，「擎天柱」产量预计可以达到数百万台，要比汽车便宜得多，不到2万美金（142320元）即可拥有。

看到这里，不知道大家再对比一下小米的人形机器人铁蛋，是不是对铁蛋不再那么苛责了：

接下来就进入正题环节了，擎天柱背后都有哪些技术加持？

人形机器人主要有人机交互、环境感知、运动控制这三大核心技术。特斯拉智能汽车≈自动驾驶+轮式机器人——电动车自动驾驶赋能Optimus人机交互、环境感知相关技术，背后是传感器方案、FSD芯片及核心算法平台等；

例如特斯拉机器人使用了单颗特斯拉自研SoC芯片，不同于特斯拉在汽车上使用的双芯片自动驾驶方案。

再如，为了保护机器人，研发人员对其结构基础进行了优化，在人形机器人摔倒时不会把变速器和胳膊弄坏，就可以将这一技术应用到机器人之上。毕竟一台机器人的维修成本很高。

研发人员还采用了与汽车相同的底层技术，让机器人在所有组件中产生压力，使得其行走控制变得更加容易，也不会那么僵硬。

“擎天柱”的关节驱动器共有6种，包括三种不同规格的舵机、三种不同规格类似重量秤一样的牵引执行器等。

在极限范围内进行测试，其关节驱动器抬起一架半吨重的钢琴，这也是人形机器人必须具备的功能。

但从“轮式机器人”到高达40个自由度（关节）的人形机器人，机电硬件（主要是电机及其驱动器+减速机）、运动软件算法待突破&迭代。根据专业人士的分析，具体来说：

1、下肢运动

马斯克选择自主研制电机驱动的思路是合理的，也是特斯拉公司的强项。但是从驱动关节到下肢运动能力，特斯拉机器人还是相对落后，阿西莫机器人在平衡运动能力和波士顿动力的超强运动能力显然更为先进。

研发人员将人类的膝盖和其运动过程中所受的力线性化，从而学习如何让机器人膝盖使用更少的力来构建，让其能实现更好的力度控制，并让相关结构紧密的包裹在膝盖周围。

在执行器的具体配置上，针对不同载荷和运动精细程度的要求，采用了不同的内部结构和轴承装备方案。

比如左侧的交叉滚子轴承，右侧的四点接触轴承和球轴承等。

另外，机器人能源的电池技术和驱动电机结合也是特斯拉的优势。“擎天柱”身体中间有2.3kWh的电池组能支持人形机器人工作一整天。这个电池组的独特之处在于，它把所有的电池电子都集成到了一起，传感器融合电荷管理等，利用汽车和机能源产品将其融合到一起。这也是特斯拉流线型制造的高效之处。

2、上肢操作

特斯拉机器人的仿人手设计应该说很常规。6个主动自由度，11个关节自由度。宣传说既可以完成大口径物体抓取，同时也能满足抓取精巧物体的需求，并搭载了能够驱动手指并进行感知的传感器，但是也没有给出更具体的技术参数。

从上肢操作展示看，能力应该很普通。并且上肢手臂操作中重要的末端腕力传感器和触觉传感器，从宣讲会看，马斯克团队还没开始考虑。

3、智能程度

（1）智能感知

特斯拉公司利用计算机视觉识别高频特征，让人形机器人能够快速找到最近的充电站。目前只是具备了一定的视觉感知能力。

在软硬件配置上，特斯拉汽车和机器人采用了同款视觉感知。Tesla Bot 的导航系统就是一个很有意思的3D路径导航。

开发人员强调，特斯拉机器人的AI技术跟FSD是同源的！也就是说它会自己识别环境，自己找到需要的东西，并自己做要做的事。

特斯拉机器人还支持室内路径规划，不仅会走路，还会像人一样走路，还能通过视觉识别判断物体。

（2）智能交互

在宣讲后的记者交流会上，也有问及是否考虑集成自然语言交互技术，马斯克也说到未来会考虑这方面。至少目前Optimus机器人状态还不算有智能交互的能力。

（3）智能操作

Optimus机器人为能快速实现拟人操作，设计了基于穿戴式示教的操作学习方法。通过捕获人体操作的关键帧，并将其映射到机器人上，以此解决机器人在抓取物体时手应该放在哪里，如何进行搬运放置等操作。

对于特斯拉人形机器人，有很多观点值得我们思考

小米高级硬件工程师任赜宇：一年的时间Tesla做到今天Optimus原型机的程度，我觉得从工程技术上是非常硬核的，给Tesla的各位工程师们点赞，尤其在灵巧手、腰部自由度、硬件仿真平台、双目视觉等都在有限时间内做得非常出色。

没有什么新的工程技术是可以在1-2年一蹴而就的（不要高估技术），但如果把战线拉长到10-15年，那可能就会带来翻天覆地的变化（不要低估技术）。

追觅CEO俞浩：马斯克发布机器人的意义不在拟人性，拟态不重要。重要的是有没有一个通用机器人，能放到生产、生活方方面面。

这个观点小编还是认同的，这让我想起了波士顿动力的双轮机器人Handle：

双轮机器人Handle在2017年发布时，它的纵身一跳，惊艳了所有人，我们当时称呼它为暴跳机器人。

Handle最终要与市场接触，随着应用的探索，Handle改变成了上面的样子。最终，波士顿与合同物流服务商 DHL共同合作，双轮机器人Handle变成了Stretch 机器人，成功商用：

而大家所熟悉的波士顿动力（Boston Dynamics Institute）的Atlas机器人由于很难找到成熟的市场落地场景，东家也是几经易主，至今还很烧钱。

当前，人形机器人行业发展面临核心技术发展不成熟、产品成本高、应用场景落地难等问题，距离商业化还有很长一段距离。

编辑：黄飞

人形机器人系统导航工厂

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