人形機器人技術面臨硬件層面的挑戰，特別是關節部件的成本占比高且性能要求嚴格。設計、高扭矩密度以及有效的冷卻散熱系統是實現高性能人形機器人的關鍵。此外，關節的壽命也是決定機器人整體壽命的重要因素。針對這些挑戰，采用諧波減速器等技術方案長期來看有望降低成本并提升性能。
2025年3月13日，在第三屆具身智能機器人產業發展論壇上，鈦虎機器人產品及生態負責人諶威談到，人形機器人行業的發展需要全面的解決方案，而不僅僅是單一產品的堆砌。未來的機器人將具備多場景、多形態的特點，需要專業的服務商來運營和維護。同時，隨著技術的進步，關節等核心部件的性能將不斷提升，成本也將逐漸降低，為機器人的廣泛應用奠定基礎。
諶威 | 鈦虎機器人產品及生態負責人
以下為演講內容整理：
鈦虎機器人產品與解決方案
鈦虎機器人成立于2020年，聚焦于為具身智能和通用自動化兩大領域客戶提供優質的底層軟硬件解決方案，具備全棧產品的設計、研發、生產制造能力，關節、靈巧手、人形機器人等均有涉獵。
在探索各類機器人形態的過程中，我們深刻認識到一個核心問題：如果要實現人形機器人在未來高精度作業或危險環境中的廣泛應用，硬件層面的瓶頸不容忽視。就當前人形機器人而言，關節部件的成本占比極高，接近乃至超過60%的比例。關節本身需滿足多項關鍵參數要求，如提高扭矩密度以增強爆發能力，以實現奔跑等復雜動作。
在高爆發性能的要求下，我們致力于實現整機的輕量化設計，以使機器人的形態更加接近人類。除了輕量化與高爆發性能這兩大關注點外，另一個常被忽視但至關重要的方面是冷卻散熱系統。許多機器人在視頻演示中表現良好，但在實際應用中，往往在持續工作10至20分鐘后便需暫停一至兩分鐘進行冷卻。這是因為關節在大量運動、反復震蕩及大電流環境下，極易出現過熱現象。此外，我們還需更多關注人形機器人的整體壽命，這取決于關節的壽命，需達到數萬小時。
鈦虎機器人擁有一套輕量化的關節模組，核心是采用諧波減速器，原因在于我們認為行星減速器的成本及其上限已相對明確，而諧波減速器在未來具有更大的降本潛力及性能提升空間，預估這一空間可達5至10倍。我們始終聚焦于最前沿的產業技術突破，而非簡單地將現有成熟產品組合成低成本的解決方案。我們的目標是通過產業與技術的迭代，將原本昂貴的產品變得更加經濟實惠。
圖源：演講嘉賓素材
關節本身的結構與傳統汽車領域的電機產品并無本質區別，同樣由電機、減速器、編碼器、驅動器及剎車等組件構成。我們在優化過程中，更注重于細節層面的改進。例如，我們如何將原本分散的器件整合成一個緊湊的圓柱體，并確保這個圓柱體具備中空的走線孔。這一點之所以重要，是因為關節不僅應用于人形機器人，還廣泛服務于服務機器人、工業自動化領域，甚至延伸至汽車與航空領域，這些應用場景中常常需要中空走線。因此，中空走線孔的設計與優化一直是我們公司研究與迭代的關鍵點。
關節的內部結構遠比直觀所見復雜，我們認為其復雜度甚至超越了電池系統。此外，我們還研發了多種防水關節版本，以及適用于水下場景的機械臂，其探測深度可達800米。關節的一個顯著特點是其高負載自重比。以直徑接近170毫米的關節為例，其單位臂長時能夠承受的擺動重量范圍在40至50公斤之間。
此外，基于關節技術的研發，我們成功推出了一款在行業內較為領先的超輕量化桌面級機械臂。該機械臂自重僅為兩公斤，但能承載一公斤的負載。通過這款超輕量化的機械臂，我們能夠應對一些特殊的應用場景。
此外是靈巧手產品。目前，我們的靈巧手在自由度方面仍局限于六個。要實現靈巧手的真正實用化，還有相當長的路要走。我們也在探索如何提升其自由度，比如嘗試研發具有17個或更高自由度的靈巧手。然而，在此過程中面臨的一大挑戰是，在有限的空間內集成17個電機、相應的減速器以及磁編碼器，會導致強烈的電磁干擾問題。同時，應用場景對于靈巧手的成功率要求極為嚴格。
圖源：演講嘉賓素材
相較于傳統的伺服電機組合，我們的關節在保持相同輸出能力的同時，能將體積空間縮減至原來的三分之一。這一改變帶來了兩個方向的顯著影響：一是設備的輕量化程度可能降低至原先的一半；二是在相同體積下，設備的自由度可提升至原先的兩倍至三倍。自由度的提升，意味著在生產工序中，我們的整條供應鏈和生產鏈所能適配的型號數量將呈指數級增長。
此外，盡管當前關節的成本相較于伺服電機仍有一定差距，但在最終形態下，由于關節的用料減少，其成本必然會低于當前行業中的伺服電機。
在特種應用領域，我們的關節也展現出了廣泛的應用潛力。無論是深海機械臂、核工業管道內的多軸場景，還是火箭、導彈等高端領域，我們都能提供相應的解決方案。出行領域，我們的關節已被應用于汽車的底盤、飛機的旋翼，以及在低空經濟中備受矚目的飛行器上。此外，人形機器人領域本身也是我們能夠批量提供關節的重要應用場景。
我們有一個快速開發的軟件平臺，可以像搭積木一樣把關節和機械臂的結構件放在某個位置，通過這種模式進行搭建。
觀察與思考
關節的核心構成實則包含驅動、傳動及傳感三大要素。無論其具體形態為何，，它們本質上的差異主要體現在減速器層面，是采用行星減速器、諧波減速器，還是行星滾柱絲杠等其他類型的減速器，甚至在靈巧手上，也可能采用蝸輪蝸桿結構。這種減速器類型的多樣性，導致了關節在性能表現上的顯著差異。
宇樹這類能夠完成后空翻、奔跑等高難度動作的機器人，多采用行星減速器方案，這是一種全信息處理的高效方案。其優勢在于高效能、快速響應以及強大的運動能力。而我們團隊所構想并已實現的方案，采用的是諧波減速器方案。該方案的核心優勢在于輕量化與高精度，同時在發熱控制上，可能僅為行星方案的四分之一。因此，我們認為，對于未來的作業型機器人而言，諧波減速器方案將是其必備之選。在當前階段，我們并不認為存在一種絕對能在未來產生巨大影響的唯一方案。相反，我們認為這些方案更可能是并行發展的，根據客戶的具體應用場景，會有不同的適配選擇。
圖源：演講嘉賓素材
Figure AI近期發布的Helix模型，在某種程度上，可以被視為具身智能的ChatGPT1.0時代，尚未進化到2.0或3.0階段。我們觀察到，國內已有與He'lix類似架構的模型出現，甚至在某些方面領先于它。
我們，在今年或者明年，真正的ChatGPT級別的具身智能模型可能會出現，甚至有可能不是ChatGPT級別，而是DeepSeek級別。我們對國內在硬件和軟件層面都抱有信心。硬件方面的優勢尤為明顯。這主要得益于我國整個產業鏈的快速發展。相比之下，在國外進行機器人研究，從獲取硬件到開展研究，整個周期可能要比國內長三到五倍。
我們認為未來的全新產業鏈將細分為五個關鍵部分。首先，能源板塊至關重要，它關乎如何實現更高的能量密度。當前，機器人的續航能力普遍僅為一至兩小時，這顯然難以滿足實際應用需求。因此，提升能量密度成為了亟待解決的關鍵問題。
其次，關節層面同樣不可忽視。我們正致力于此，力求提高關節的良品率，達到類似于寧德時代在電池領域所實現的極高良品率水平，從而實現大規模生產。
第三，感知層面也極為重要。這涵蓋了激光雷達、相機、傳感器，以及觸覺力傳感器等關鍵組件。它們對于機器人的感知與交互能力至關重要。
第四，就是算力層面，未來端側的推理算力需求并不會太高，因此國內的機會也很多。
最后，我們認為未來的機器人將呈現出多場景、多形態的特點。這意味著，專業的機器人服務商將在運營單一場景方面發揮關鍵作用。他們擁有專業場景的數據資源、運維能力以及迭代升級的能力。這些是目前無論是人形機器人廠商還是協作臂廠商都難以觸達的領域，但卻是未來不可或缺的一環。